Introducere

Utilajele petroliere sunt utilajele folosite icircn şantierele petrolifere (bdquooilfieldsrdquo icircn lb en) de

foraj şi de extracţie icircn cadrul diferitelor instalaţii cu ajutorul cărora se construieşte sonda de foraj

se exploatează zăcămintele de petrol şi gaze se efectuează operaţii de intervenţie şi reparaţii

capitale la sondele de extracţie se separă fluidele aduse la suprafaţă se transportă şi se

depozitează

De asemenea aceste utilaje intră icircn alcătuirea sondei de foraj şi de extracţie (sub forma

materialului tubular a sculelor de adacircncime cu rol de fixare etanşare etc şi a echipamentului de

la gura sondei)

Ele permit desfăşurarea tuturor operaţiilor de foraj tubare a puţurilor forate cimentare a

coloanelor de burlane completare a sondei de foraj pentru a forma sonda de extracţie extracţia

petrolului şi gazelor intervenţia la sondele de extracţie şi reparaţia lor icircn condiţii de siguranţă

deplină [1]

Se constată că există o mare diversitate de utilaje pe care le denumim bdquopetroliererdquo şi care

se caracterizează printr-o complexitate constructivă şi funcţională diferită de la complexitate

redusă cum sunt anumite scule şi materialul tubular la foarte complexe cu grad mare de

mecanizare şi chiar automatizare

Pentru construirea sondelor de explorare conturare şi respectiv de exploatare a

hidrocarburilor naturale (petrolului şi gazelor naturale) se utilizează instalaţii de foraj (IF) foarte

diverse care se pot clasifica icircn funcţie de diferite criterii

Găurile Puţurile de foraj se realizează prin forare cu ajutorul IF folosind diverse metode

de foraj Cea mai utilizată este metoda de foraj rotativ-hidraulică (metoda bdquorotaryrdquo) Acestă metodă

constă icircn antrenarea sapei de foraj icircn mişcare de rotaţie şi spălarea tălpii puţului pentru

icircndepărtarea detritusului rezultat din interacţiunea elementelor de dislocare tăietoare ale sapei cu

roca prin circulaţia noroiului fluidului de foraj[1]

1

1Alegerea instalatiei de foraj

11Programul de constructie a sondei

Programul de construcţie ( vezi [1] Aplicatia 1) a sondei se alcătuieşte pe baza datelor din tema de proiectare

El cuprinde

1) programul de tubare a găurilor puţurilor forate

2) profilurile coloanelor de burlane

3) tipodimensiunile de sape garnituri de foraj şi de motoare de adacircncime (cacircnd este cazul)

4) tipul şi caracteristicile fluidului de foraj

Programul de tubare stabileşte următoarele

ndash numărul de coloane de burlane necesare pentru echiparea sondei nCB

ndash diametrul nominal (exterior) al fiecărei CB

ndash adacircncimea de introducere a fiecărei CB (de tubare a fiecărui puţ de foraj) HCBj

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

yTjisin015 076 1

- diametrul nominal al coloanei de tubare de ordinul j (diametrul exterior al coloanei deci şi a

burlanelor din componenţa ei

DCBjisin1338 858 5 in

In tabelele 11 si 12 va fi prezentat programul de constructie a Sondei 7 Pacurari2

Tabelul 11 Informatii generale despre Sonda Pacurari

Tabelul 12 Programul de constructie a Sondei 7 Pacurari

J CB HCBj= LCBj

mLS

mYTj DCBj

in(mm)

Tip burlane

si IF

DMCBj

mmδCBj

mmDSPj

in(mm)

Tipul sapei IFU-C

1 CSA

525 525 015 13 38

(3397)API

S3651 39

717 12 in(4445)

M- 17 frac12

DGJ758 REG

2 CI 2660 2135 076 858

(2191)APIL

2445 254

1158

(2953)MA- 11 58

KGJ6 58 REG

3 CE 3500 840 1 5(127)

APIL

1413 151

634in(1715)

MA-634

DGJ3 frac12 REG

Tabelul 112 Programul de constructie a Sondei 7 Pacurari (continuare)

CB DimCBj-1

mmδimCBj-1

mmδCBj

mmδCBr

mmRCBj=

δ CB jDs

RCBr CSICBj CSICBr

1 CSA - - 397 35-45 00893 0080-01 02174 019-025

2 CI 3204 1255 254 25-30 00860 0060-0090 02077 0137-02203 CE 1962 123 151 10-15 00800 0060-0090 02137 0137-0220

3

1 Sonda 72 Structura geologica Pacurari

3 Caracter Exploatare petrol

4 Debit estimat cca 45 t24 h

5 Adancimea proiectata (m) 3500 m

6 Programul de tubare 1338 in x 525m 858 in x 2660m

5 in x 3500 m

7 Tipul instalatiei de foraj F-200-2DH (T(SAn))

8 Durata de realizare montare-demontare35 zile pentru foraj 4 zile pentru probe86zile foraj 6 zile probe de productie

Fig 11 Profilul Sondei 7 Pacurari

Caracterul Sondei 7 Pacurari este de exploatare a petrolului dintr-un zacamant format

din roci consolidate de tarie medii-tari (MT) 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 adancimea 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 (11) Adancimea la care se realizeaza tubarea se determina cu relatia (vezi [1])

yT j=HT j

H M (12)

icircn care HTj este adacircncimea de tubare a coloanei de ordinul j HM -adacircncimea maximă (finală) a sondei

HTj =yTj middot HM (13) HCB1 = 015 middot 3500 m= 525 m HCB2 = 076 middot 3500 m = 2660m

4

HBC3 = 1 middot 3500 m= 3500 m

Astfel datele obtinute sunt inscrise in tabelul 12

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

Ls=Lsj=ΔHCBj=HCBj-HCBj-1 j = l2nCB (14)

Diametrul nominal al CB (DCB) este diametrul 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 plecand de la masura

impusa diametrului CE si folosind relatiile si consideratiile prezentate in [1]capitolul 1 (vezi

subcapitolul 13 Elaborarea programului de tubare)

In tabelul 12 sunt concentrate aceste valori exprimate atat in inch cat 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 CE

Masura diametrului mufei pentru fiecare coloana se preia din STAS 875-86 tabel 13

Spatiul inelar pentru fiecare CB δCBJ se calculeaza cu expresia de definitie( vezi [1])

δCBj=05 ∙(DSPj-DMCBj) (14a)

δCBj este jocul dintre peretele găurii forate şi mufa burlanelor consideracircnd o aşezare

concentrică a CB faţă de gaură

Valorile determinate prin calcul se compara cu masurile recomandate si anume δCBr

Se 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 (diametrul interior minim al CBj) 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(vezi [1])

δimCBj-1=05 ∙(DimCBj-1-DSPj) (14b)

in care

δimCBj este jocul interior minim al CBj RCBr- raţia spaţiului inelar

CSICBr este coeficientul de spaţiu inelar

5

O altă mărime prin care se apreciază reuşita operaţiilor de tubare a puţului şi de cimentare a coloanei de burlane este coeficientul de spaţiu inelar definit icircn felul următor (vezi [1])

CSI CB=2 ∙ δCB

DM CB

(15)

Raţia spaţiului inelar (RCBj) se determină cu relaţia sa de definiţie (vezi [1])

RCB j=δCB j

D S

(16)

Conditiile de foraj pentru sonda studiata sunt normale

Tabel 13Măsurile diametrului exterior al mufei(DMCB) pentru burlanele cu filete S L şi B

6

12 Determinarea profilurilor coloanelor de burlane si a greutatii fiecarei coloane

Determinarea profilului unei coloane de burlane de ordinul j (CBj) (vezi [1] aplicatia 3) 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 (qBi i = 1 2 ntj)

Stabilirea structuriicomponentei CB se face in functie de solicitarile burlanelor de la adancimea la care acestea sunt amplasate in cadrul coloanei

Se 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 foraj (pef)

Se determina profilulstrucura fiecarei CB care echipeaza Sonda 7 Pacurari ajutorul diagramelor de tubare

Diagrama de tubare este o reprezentare a pozitiei fiecarui tronson de burlane impreuna cu caracteristicile sale (lBi sBi CBi) in cadrul CB in functie de adancimea 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) calculata la cele doua actiuni principale (Ga si pef) considerand o anumita masura a densitatii fluidului de foraj si anumite valori ale coeficientilor de siguranta la turtire si la smulgerea din filet (conform fig 11)Pentru adancimea de introducere a coloanei de ordinul j (adancimea de tubare a putului de ordinul j HTI) se traseaza o iinie verticala pana 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 verticala trasata astfel trece prin mai multe domenii fiecare dintre acestea apartinand 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 SBIsi 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 (121)

Astfel sunt puse in evidenta numarul de trosoane de burlane din care este alcatuita

coloana respectiva de ordinul j (ntj) si de asemenea pozitia (Li-1 si Li) si caracteristicile fiecarui

tronson de burlane (lBi sBi CBi) Datele obtinute in acest fel sunt concentrate intr-un tabel

7

Cunoscand 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 (122)

Apoi se determina greutatea fiecarui tronson de burlane

GBi=qBi∙lBi i=1 2 ntj (123)

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

GCBj= sumi=1

nt j

G B i (124)

8

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

9

Fig 122Determinarea profiluluistructurii CE de 5 in cu filet L din componenta Sondei 7 cu ajutorul diagramei de tubare a accstui tip de coloana

Tabelul 122 Caracteristicile coloanei de exploatare (CE) de 5rsquorsquo cu filet L

CB3=CE DCE=5 in tip IF-APIL HT3=3500 ρf=1500 kgm3 nT3=7

i 1 2 3 4 5 6 7Li-1 m 0 120 625 1025 1060 1650 2550Li m 120 625 1025 1060 1650 2550 3500

lBI m 120 505 400 35 590 900 950

CBI P110 N80 J55 J55 J55 N80 P110

10

SBi m 752 752 752 643 752 752 752

m1Bi kgm 2234 2234 2234 1936 2234 2234 2234

qBi Nm 219155 219155 219155 189921 219155 219155 219155

GBi kN 26298 110673 87662 6647 85470 19724 208197

GCB3 kN 722187

undentj reprezinta numarul de tronsoane de burlane lBi ndash lungimea fiecarui tronson de burlane

NBi ndash numarul de burlane din fiecare tronson CBi ndash clasa de rezistenta a otelului din care se

confectioneaza burlanele din fiecare tronson sBi ndash grosimea de perete a corpului burlanului din

fiecare tronson m1Bi qBi ndash masagreutatea unitara a burlanelor carecompun fiecare tronson

Fig 122Determinarea profiluluistructurii CB de 858 in cu filet L din componenta Sondei 7

Tabelul 123 Caracteristicile CI de 858 cu filet L

CB2=CI DCI= 858in tip IF-APIL HT =2660 ρf=125tm3 nT2=6

11

i 1 2 3 4 5 6Li-1 m 0 255 580 1040 1560 1955Li m 255 580 1040 1560 1955 2660lBI m 255 325 460 520 395 705CBI N80 J55 J55 J55 N80 N80

SBi m 1016 1016 894 1016 1016 1143m1Bi kgm 5362 5362 4766 5362 5362 5958

qBi Nm 526012 526012 467544 526012 526012 584479GBi kN 134133 170954 215070 273526 207774 412059

GCB3 kN 1413516Greutatea aparentă a CB (GaCB3 equiv GaCE) este greutatea acesteia icircn fluidul de foraj din puţul icircn care se introduce şi se determină cu formula (vezi[1])

Ga CE=GCE ∙(1minus ρ f

ρo) (125)

Rezulta

Ga CE=1413516 kN ∙(1minus125785 )=1188433kN

Se calculează greutatea coloanelor de burlane maximă cu relaţia următoare

GCBM = max (GCI GCE) (126)

GCBM = max (1413516kN 722187kN) = 1413516 kN

13Alegerea sapei pentru forajul putului de exploatare (vezi aplicatia 2)

Conform datelor obtinute in paragrafele 11 si 12 s-au 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 TEE 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 incat 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) asigurand un joc interior minirn (δimCBj-1)

12

Fig 114 Sapă cu role-con cu dantură cu dinţi frezaţi executaţi din corpul rolei

1ndash falcă 2ndash con cu dantură cu dinţi din oţel 3 ndash contracon4 ndash dispozitiv de spălare exterioară cu jet (cu duză)

5 ndash cep cu filet conic 6 ndash umărul cepului (icircmbinării filetate)

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 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 conform codificaţiei specifice

Din tabelul 1 [3] (aplicatia 1) se alege diametrul mufei coloanei de exploatare DMCE

corespunzătoare diametrului nominal al coloanei de exploatare DCE STAS 875 - 86 tab 6 icircn funcţie de tipul filetului

DMCE=1413 mm

Ca urmare se alege o sapă cu trei role pentru roci medii-abrazive (MA) Această sapă trebuie să foreze o gaură care să fie tubată cu o coloană de 5 in = 127 mm Pentru reuşita operaţiei de cimentare se recomandă (conform [11] tabelul 11) un spaţiu inelar cu măsura

δCEr = 15 mm

Se calculează diametrul sapei Ds cu următoarea relaţie

(131)

Conform [1] δCE se poate aprecia cu expresia de forma

δCEcong 012 ∙ DCE

(132)

si se obtine

13

δCEcong 012 ∙ 127 mm=1524 mmcong 15 mm

Se constată că cele două măsuri sunt apropiate Atunci folosind expresia

DS PE=iquestD M CE+2 ∙δCE riquest

(133)

rezulta

DS PE=iquest1413 mm+2 ∙15 mm=1713mmiquest

Dar sapa trebuie să treacă prin interiorul coloanei anterioare de 8⅝Prime (2191 mm) Această

coloană fiind introdusă la adacircncimea de 2660 m rezultă din diagrama de tubare că ultimul său

tronson trebuie să fie alcătuit din burlane cu grosimea maximă de perete de 1143 mm Deci

diametrul interior minim al coloanei intermediare de 8⅝Prime calculat cu relaţia

Di m CI ( I )=iquest D CI( I)minus2 ∙S BM iquest (134)

are măsura

Di m CI ( I )=2191 mmminus2 ∙1143 mm=1962 mm

Folosind tabelul 4 se observă că se poate alege o sapă cu diametrul nominal de 6frac34Prime (1715 mm) cu ajutorul căreia se realizează spaţiul inelar cu măsura recomandată respectiv

δCE=05 ∙ (1715 mmminus1413 mm )=151mm

şi care poate trece prin tronsonul cu diametrul interior minim al CI(I) jocul interior minim

determinat cu relaţia (cf [11])

δ i m CI ( I )=05∙ (Di m CI (I )minusDS PE ) (135)

δ i m CI ( I )=05∙ (1962 mmminus1715 mm )=123 mm

Icircn continuare se alege varianta constructivă de sapă MA- 634 DGJ cu diametrul de 6frac34Prime necesară pentru roci MA Adică o sapă cu dinţi din oţel avacircnd contraconul icircntărit şi prin ştifturi din carburi metalice sinterizate (D) cu lagăre cu alunecare etanşe (G) şi cu spălare exterioară cu fluid de foraj (cu jet) (J)

14

14 Alegerea 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 adancime (AnAd) al GarF

Exista doua variante de executie a PG(vezi [3]aplicatia 4)

1 forjate cu tratament termic de imbunatatire pe toata lungimea2 laminate (din tevi cu pereti grosi) cu tratament termic de normalizare si о imbunatatire

la capetePG se realizeaza in urmatoarele forme constructive

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

Fig 141Prajini grele circulare (PGC)

Tabelul 143 Alegerea diametrului nominal al PG (DPG) icircn funcţie de diametrul sapei

(DS)

Ds mm

1365divide1411

1492divide1615

1615divide1715

2127divide2286

2444divide2508

2695 295 3112 3492 ge3747

DPG mm

114(108)

121divide139

(114divide

133divide146

(121divide

187(159)

203(178)

229(203)

245(219)

245(229)

254(229)

273(254)

15

121) 133)

Alegerea PG inseamna determinarea masurilor urmatoarelor marimi

1 diametrul nominal (DPG)2 diametrul interior (DPGi)3 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 avand 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 cat mai mare a diametrului nominal

2 asigurarea unui spatiu inelar (SI) intre peretele putului si PG cu omasura cat mai mare

pentru ca pierderea de presiune (ΔpSIPG) rezultata la curgerea fiuidului de foraj sa fie cat

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 implicand o masura cat mai mica a diametrului nominal

Pe baza unor cercetari experimentale (cf [2]) efectuate in conditii de santier privind viteza medie

de avansare a sapei (vAv) si timpul de prindere in teren a GarF pentru fiecare sonda (tPrSd) in

functie de raportul D2PG D2

S s-a constatat ca exista un domeniu optim de valori pentru acest

raport

D2PG D2

S =[06 07]

Fig 142Viteza 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 foraj

16

Icircn funcţie de valoarea raportului DPGDS se clasifică (cf [6]) PG şi tipurile de formaţiuni icircn care

se recomandă să se foreze (vezi tabelul 142)

Tabelul 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

Pentru alegerea PGC se recomanda relatia empirica[6]

DPG=DS-25 (142)Pentru forajul putului de exploatare al Sondei 7 se considera ca nu exista pericol de

prindere in formatiunea geologica traversata prin foraj pana la adancimea finala

Avand in vedere tipul de formatiune precizat mai sus conform tabelului 2 se alege PG

supradimensionata cu DPG DS= 089

DPG= 1715mm ndash 25mm =1465mm

Din tabelul 143 conform [6] se alege DPG= 146mm Din tabelul 1 (vezi aplicatia 4) se

alege măsura standardizată a diametrului nominal cea mai apropiată de măsurile rezultate anterior

adică DPG = 1524 mm pentru care exista DPGi isin572 715]mm cu m1PGisin 1234 1115 kgm

Rezultă DPGDS = 08886 089cong

ceea ce este icircn acord cu tipul de PG supradimensionată recomandată pentru formaţiunile

fără pericol de prindere

Se calculeaza greutatea unitara

qPG=m1PG ∙ g (143)

unde

DPGi este diametrul interior prajini grele

- pentru DPGi= 572 mm

q=1234kgm

∙ 981ms=1210554

Nm

=1211kN m

unde g este acceleratia de cadere libera g=981 ms2

- pentru DPGi= 715 mm

q=1115kgm

∙ 981m

s2=1093815

Nm

=1094 kN m

17

Se calculeaza coeficientul pierderii de presiune din interiorul PG cu formula

α PGi=

8π 2

sdotλPG i

DPG i5

in care

(144)

λPGi reprezinta coeficientul de rezistenta hidraulica liniara si are o valoare constanta si anume (conform [1])

λPGi=002

- pentru DPGi= 572 mm

α PGi=

8π 2

sdot 0 02

(5 72sdot10minus2 )5 m5= 8

π2sdot2sdot10minus2sdot1010

5 725 m5= 8

π2sdot20000sdot104

5 725 m5=26475sdot104 mminus5

- pentru DPGi= 715 mm

α PGi=

8π 2

sdot 0 02

(7 15sdot10minus2)5 m5= 8

π2sdot2sdot10minus2sdot1010

7 155 m5= 8

π 2sdot20000sdot104

7 155 m5=0 8675sdot104 mminus5

Daca se alege masura mai mica a diametrului interior atunci lungimea AnAd va fi mai mica

dar fara sa se evite fenomenul de flambaj deoarece aceasta lungime este mai mare decat 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 alege PG cuDPG= 6 in= 1524 mm DPgi = 2 1316 in= 715 mm IFU de tipulNC 44 m1PG = 1115 kgm

Mir=244kNm (momentul de insurubare recomandat) i=W M

( lC)

W C(1905 )=284

Se observa ca i=284gtiopt= 25 ceea ce inseamna ca imbinarea filetata cu umar a PG asigura o rezistenta mare la oboseala in sectiunile sale critice (Vezi [1])

14Verificarea la flambaj a ansamblului de prajini grele

141 Determinarea lungimii ansamblului de adancime

Pe baza datelor obtinute anterior se calculeaza lungimea ansamblului de PG (LAnAd) cu formula (vezi [1])

18

LAn Ad=FS

c L ∙qPG ∙(1minusρf

ρo)∙ (cosθminusμa sinθ)

(151)undeFS este forta de apasare pe sapa ρ f -densitatea fluidului de foraj(150tm3) ρ odensitatea otelului(785tm3) LAnPG este lungimea ansamblului de prăjini grele in m

qPG ndash greutatea unitara a PG CL ndash coeficientul lungime Fs ndash forta de apasare pe sapa Ө - unghiul mediu de deviere al sondei fata de vertical g ndash acceleraţia gravitaţională in ms Densitatea fluidului de foraj se poate aprecia cu expresia empirică(cf [8])

ρ f=125+025∙ ln (H ∙10minus3) (152)

ρ f=[125+025∙ ln (35 ∙ 103 ∙10minus3 ) ] t

m3=1563 t m3

Din conditiile tehnologice se alege ρf =15 tm3 (vezi Ap 1)Se calculeaza greutatea unitara a PG

qPG=m1 PGsdotg (153)

qPG=1115kgm

∙981m

s2=109382

Nmcong 1094

kNm

Se calculează forţa de apăsare pe sapă (cf [8])

FS=(03+7 5sdot10minus5sdotH )sdotDS

(154)

FS=(03+75 ∙ 10minus5 ∙35 ∙103)∙ 1715 kN= 9647 kN

Se calculeaza lungimea ansamblului de PG cu expresia (151)

LAn PG=9647 kN

0 85sdot1 094 kN msdot(1minus 157 85 )sdot(cos 30minus03sdotsin 30)

=130 475 m

Өiquest30

Se determina numarul de PG cu relatia

nPG=L An PG

lPG (155)

Unde lPG reprezinta lungimea unei prajini grele Daca se admite pentru lPG

19

masura normala care este egala cu 9m atunci se obtine

nPG=130 475m9 m

=14 49≃15

Se alege nPG=15 si se recalculeaza LAnPG

LAn PG=15sdot9m=135 mSe recalculeaza coeficientul de lungime al AnPG

c L=96 47 kN

135 msdot1 094kNm

sdot(1minus 157 85 )sdot(cos 30minus03sdotsin 30)

=0 821

si se constata ca valoarea lui se gaseste in domeniul recomandat adica [070 085]

142 Verificarea la flambaj a AnPG (vezi [3] aplicatia5)

Lungimea supusa la compresiune a AnPG este c LsdotLAn PG=0 821sdot135=110 835 m (156)

Se calculeaza lungimea critica de flambaj a AnPG(vezi [1])

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 PGExpresia de sub radical adică

(158)

se numeşte (conform lui N Pacircrvulescu) volum de rigiditate la gravitatie deoarece are dimensiunea unui volum si exprima un caracter de rigiditate al PG

Momentul geometric axial se calculeaza cu formula

I PG= π64

sdot( DPG4 minusDPG i

4 ) (159)

I PG= π64

sdot(15 244minus7 154) cm4=2520 375 cm4≃2 5203sdot10minus5 m4

20

Greutatea unitara aparenta a PG se determina cu formula

qa PG=qPGsdot(1minusρf

ρo) (1510)

Se obtine

qa PG=1 094kNm

sdot(1minus 157 85 )=0 885

kNm

Măsura volumului de rigiditate la gravitaţie al PG este

V PG=21∙ 1011 N

m2∙ 2520375 ∙10minus5 m4

0885∙ 103 Nm

=5981∙ 103 m3

Rezultă imediat măsura lungimii critice de flambaj a AnPG

LAn PG cr=17∙3radic5981∙103 m3=3085 mcong 31 m

Comparand aceasta masura a lungimii critice de flambaj a AnPG cu aceea a lungimii

portiunii din AnPG supuse la compresiune se constata

c LsdotLAn PG=110 835 mgtLAn PG cr=31 m

Ceea ce inseamna ca AnPG flambeaza sub actiunea fortei de apasare pe sapa Avand 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 corector-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 prajinile grele al doilea

al treilea si respectiv al patrulea stabilizator (vezi cap 1fig124 f)

21

Fig 143 Alcătuirea ansamblului de adacircncime al garniturii de foraj

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

Alegerea prajinilor de foraj (vezi Apl 6)Prăjinile de foraj (PF) sunt fabricate din ţevi de oţel laminate la cald icircngroşate la capete Se execută următoarele tipuri de PF [6] ndash PF cu racorduri speciale sudate (prin presiune de contact) (PFRSS) ndash PF cu racorduri speciale filetate (PFRSF)

PFRSS se realizează icircn conformitate cu STAS 80371-80 (bdquoPrăjini de foraj pentru racorduri sudate Clasele de rezistenţă D E şi G-105 Dimensiunirdquo) şi conform normei API 5A ndash pentru PF din clasele de rezistenţă D şi E ndash şi normei API 5AX ndash pentru PF din clasele de rezistenţă X-95 G-105 şi S-135 După forma icircngroşării capetelor PFRSS se execută icircn trei variante (vezi fig 161)

ndash PF cu capete icircngroşate la interior (II) (sau IU ndash Internal Upset conform API) ndash PF cu capete icircngroşate la exterior (IE) (sau EU ndash External Upset conform API) ndash PF cu capete icircngroşate la exterior şi la interior (IEI) (sau IEU ndash Internal- External Upset conform API)

22

Fig 161 Prăjini de foraj cu racorduri speciale sudate (PFRSS) [1] a ndash varianta II (cu capetele icircngroşate la interior) respectiv IU (Internal Upset) conform API b ndash varianta IE (cu capetele icircngroşate la exterior) respectiv EU (External Upset) conform API c ndash varianta IEI (cu capetele icircngroşate la exterior şi la interior) respectiv IEU (Internal-External Upset) conform API

Alte tipuri de PF sunt ndash PF cu perete gros ( Thick Wall Drill-Pipe icircn lb en) ndash PF cu grosimea de perete variabilă ndash PF cu racorduri speciale sudate cu canale elicoidale şi cu perete gros

Racordurile speciale pentru sudare (RSS) de la PF cu II IE şi IEI au tipodimensiunile şi

condiţiile tehnice reglementate icircn STAS 75701-80 (bdquoRacorduri speciale pentru sudare prin contact

la prăjini de foraj din clasele de rezistenţă D şi Erdquo) icircn norma API Spec 7 şi de asemenea icircn

normele interne ale firmelor constructoare RSS se execută icircn două variante constructive (fig

162)

ndash varianta A RSS cu scaun conic

ndash varianta B RSS cu scaun drept

23

Fig 162 Racorduri speciale pentru sudare (RSS) la prăjini de foraj [2] varianta A (cu scaun conic) varianta B (cu scaun drept)

Normele API Spec 7 prevăd RS şi pentru PF confecţionate din oţeluri din clasele de rezistenţă

superioare X-95 G-105 şi S-135

RSS sunt prevăzute cu icircmbinări filetate cu umăr (IcircFU) standardizate icircn STAS 8351-80

Alegerea prăjinilor de foraj

A alege prăjinile de foraj (PF) icircnseamnă a stabili ndash tipul PF

ndash diametrul nominal (DPF) şi grosimea de perete (sPF)

ndash clasa (gradul) de rezistenţă ndash clasa de uzură

ndash intervalul de măsuri ale lungimii

Criteriile pe baza cărora se face alegerea PF sunt următoarele

1) rezistenţă maximă la solicitările statice şi variabile care se asigură prin alegerea

corespunzătoare a tipului de PF a clasei de rezistenţă şi a celei de uzură a PF a intervalului de

măsuri ale lungimii PF şi a unei măsuri a grosimii de perete cacirct mai mari

2) rezistenţă maximă la acţiunea mediului coroziv care impune alegerea corespunzătoare a oţelului

şi dacă este cazul alegerea PF cu acoperiri speciale anticorozive şi de asemenea a unei măsuri a

grosimii de perete cacirct mai mari

3) energie minimă consumată icircn timpul forajului care icircnseamnă

a) energie mecanică de rotaţie minimă care se asigură prin alegerea unor măsuri ale

diametrului nominal şi grosimii de perete cacirct mai mici 24

b) energie hidraulică minimă (consumată prin circulaţia fluidului de foraj)ceea ce

presupune o pierdere de presiune minimă la curgerea fluidului de foraj prin interiorul PF care

determină alegerea unei măsuri cacirct mai mici a grosimii de perete

4) energie minimă consumată icircn timpul manevrei GarF ceea ce presupune alegerea PF cu măsura

minimă a masei unitare

Diametrul nominal al PF reprezinta diametrul exterior al corpului PF DPF=DPFe (161)

Diametrul nominal al PF se determina in functie de Dsmasurile orientative fiind date in tabelul de mai jos

Ds mm 150170 150200 175225 200250 225300 gt250DPF mm(in) 889(3 frac12) 1016(4) 1143(4 frac12) 127(5) 1397(5 frac12) 1683(658)

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

Pentru diametrul sapei de foraj determinat icircn subcapitolul anterior Ds= 1715 mm = 634rdquo se alege diametrul nominal al prăjinii de foraj DPF =4 frac12rdquo = 1143 mm

Din STAS 8037 ndash 88 (vezi aplicatia 5 tabelul 1) se alege diametrul nominal standardizat 412rdquo E 75 cu urmatoarele caracteristici

- masa cu racorduri m1PF= 33 Kgm

- grosimea peretelui s= 1092 mm

- diametrul interior DPfi= 9246=925 mm

- aria prăjinii de foraj A= 3547 mm2

- modulul de rezistentă WP= 10583 cm3

- tipul icircngroşării EU

- gradul de rezistenta E 75

- presiunea exterioara limita pel= 894 bar= 894MPa

- presiunea interioara limita pil= 865 bar =865MPa

- forţa de tracţiune limita FtcL= 1834 kN

- momentul de torsiune limita MtLPF= 5003 kNm

- tipodimensiunea IFU a RSS NC46 (4IF)

Solicitari care duc la limita de curgere a RSS

- momentul de insurubare limita dpdv al curgerii materialului RSS

25

M i RS L=53 69 kNm

FtRSL = 4 664 kN (forţa de tracţiune limită dpdv al curgerii materialului RSS)

- momentul de insurubare recomandatM i r=27 3 kNm

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)

Se obtine

APF=π4sdot(114 32 mmminus92 462 mm)=3547 mm2

Se determina modulul de rezistenta polar al sectiunii transversale a corpului PF cu formula

W p=I p

DPF

2

(162)

unde I p este momentul geometric polar al sectiunii transversale a corpului PF

I p=π32

∙( DPF4 minusDPFi

4 )= π32

∙ DPF4 ∙[1minus( DPFi

DPF)

4] (163)

I p=π

32sdot114 34 mmsdot[1minus(925 mm

114 3 mm )4 ]=9569240 653 mm4=956 924 mm3

deci

W p=π

16sdotDPF

3 sdot[1minus( DPF i

DPF)

4]

(164)

Rezulta

W p=π

16sdot114 33sdot[1minus(92 5

114 3 )4]=167658 175 mm3

Calculul tensiunii de tractiune

σ tcl=F tcl

APF

(165)

26

σ tcl=1834 kN

3547 mm2 =1834 ∙ 103 N3547 mm2 =517056 ∙106 Pa

Aceasta tensiune arata limita de curgere minima conform tabelului cu caracteristicile

mecanice ale prajinilor de foraj pentru clasa de rezistenta E75 (vezi aplicatia 6) Limita de curgere

trebuie sa se situeze in intervalul 517hellip724 In cazul nostrum limita este 517 MPa care se

incadreaza intre valorile recomandate

-calculul tensiunii tangentiale τ=G∙θ ∙ r (166)

θ=M t

G ∙ I p

(16 7)

Unde G este modulul de elasticitate transversal al materialului din care se confectioneaza PFPentru otel G= 81010 Paθ- torsiunea specificar- raza punctului considerat din sectiunea transversala a corpului PF

θ= 5003∙ 103 Nm8 ∙ 1010 N m2 ∙ 0956∙ 10minus5m4 =653 ∙ 10minus2 1

m

τ=8 ∙1010 N

m2∙ 653 ∙ 10minus2 mminus1∙ 5785∙ 10minus2m=29855106

N

m2

Aceasta tensiune reprezinta tensiunea tangentiala de curgere

Lungimea ansamblului superior utilizat pentru forajul putului de exploatare se determina cu

expresia

LAn S=H MminusLAn PG (168) LAn S=3500 mminus162 m=3338 m

Se calculeaza numarul de PF

nPF=

LAn S

lPF (169)Considerand ca lungimea unei prajini este cea normala adica 9m se obtine

nPF=3338

9=37088

Se alege nPF=371 si se recalculeaza lungimea AnS

LAnS=371∙9m=3339 m

27

17Alegerea 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

garnitura stanga) [1]

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 masa rotativă 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 (658 REG) in timpul forajului după tubarea unei coloane de burlane prăjina

de antrenare trebuie uneori schimbată ndash diametrul cepului 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 de lucru 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 [1]

28

Fig 171 Prăjina de antrenare forjată a ndash pătrată b ndash hexagonală

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

Alegerea 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-cep

Se prefera alegerea unei prajini de antrenare forjate deoarece nu necesita reductii de legatura

proprii asa cum este cazul prajinii laminate

29

Fig172 Reducţii de legătură icircntre prăjina de antrenare (PA) şi racordul special (RS) denumite RLRS a ndash

reducţie dreaptă (pentru icircmbinări filetate cu aceleaşi dimensiuni) b ndash reducţie icircn trepte (pentru icircmbinări filetate cu

dimensiuni diferite)

Se alege o prajina de antrenare forjata patrata avand elementul de imbinare superioara de

tipul mufa cu filet stanga de tipul 658 REG pentru asamblarea cu reductie cap hidraulic(RLCH)

Pentru ansamblul superior al garniturii de foraj s-a stabilit ca se iau prajini de foraj de 4 12 in cu

racorduri speciale sudare(RSS) cu IEI si tipodimensiunea IFU NC 46

Ca urmare conform tabelului 1 aplicatia 7 se alege prajina de antrenare in varianta

constructiva 1(standard) cu dimensiunea nominala de 4 frac14 in Se foloseste o RLPA dreapta de

tipul mufa(NC46)-cep(NC46) ca in figura 172 a

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 infDPA

mm(in)DPAi mm

a mm

lPA m

mPAkg

1cep

6 58 REGmufăNC46

mufă6 58

REG

cepNC46

A (dreapta) NC46-NC46

108(4 14)

714 108 12192 800

30

18 Alegerea tipului de instalatie de foraj

Instalaţia de foraj reprezintă totalitatea maşinilor utilajelor si instalaţiilor necesare săpării unei sonde

Studiul pe sisteme al instalaţiilor de foraj corespunde principalelor operaţii care se efectuează

pentru forarea unei sonde precum si principalelor grupe de maşini si utilaje care intra in

componenta acestor instalaţii

Sistemele de lucru ale unei instalaţii de foraj sunt

1 Sistemul de manevra mdash SM- cu ajutorul căruia se realizează ridicarea si coboracircrea

sarcinilor

2 Sistemul de circulaţie - SC - care asigura circulaţia fluidului de foraj

3 Sistemul de rotire - SR - care realizează rotirea garniturii de prăjini in timpul forajului

In cazul instalaţiilor de foraj transportabile apare si sistemul de transport

Pentru asigurarea condiţiilor de funcţionare a sistemelor de lucru instalaţia de foraj mai

cuprinde sistemul de comenzi instalaţia de preparare si curăţare a fluidului de foraj dispozitive

de mecanizare si automatizare ansamblul de scule materialul tubular [1]

Alegerea instalaţiei de foraj se face pe baza sarcinii maxime utile (sarcinii maxime de lucru) FM (V APLICATIA 9)

In aplicatiile anterioare s-au determinat greutatile fiecarei coloane de burlane si anume

GCI(I)= 1413516 kN GCE= 722187kN

Rezulta ca cea mai grea CB GCBM=max GCI(I) GCE=1413516 kN

S-au ales pentru forajul putului de exploatare prajini grele cu DPG=6 in=1524 mm

DPGi=2 1316 in= 715 mm m1PG = 1115 kgm qPG=1094kNm LAnPG=135 m

Se determina greutatea AnPG

GAn PG=qPGsdotL An PG

(181)

si se obtine

GAnPG=1094kNm135m=14769kN

Greutatea unitara a PFse calculeaza folosind formula

qPF=m1 PFsdotg (182)

qPF=33kgm

sdot9 81m

s2=323 73

Nm

31

Greutatea AnS va fi

GAn S=qPFsdotLAn S (183)

GAn S=323 73Nm

sdot3 339sdot103 m=1080 934kN

Greutatea GarF se obtine insumand greutatea AnPG si greutatea AnS

GGar F=GAn PG+GAn S (184)

Se obtine

GGar F=147 69 kN+1080 934 kN=1228 624 kN

Se considera ca cea mai grea GarF este garnitura utilizata pentru forajul putului de exploatare

GGar F M=1228 624 kN

Alegerea IF se face pe baza sarcinii nominale de la carlig si a tipului de actionare

FM =max FM T FM D (185)

Sarcina maxima utila de tubare se calculeaza cu formula[1]

FM T

=GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+(1+kmf( M ) )sdot

ac

( M )

g ] (186)

in care

k r(M )estecoeficientul fortei de frecare la ridicarea coloanei de burlane intre peretele putului si

fluidul de foraj k mf(M )minusiquestcoeficientul de masa al fluidului de foraj din interiorul coloanei aderent la

coloana ac(M )- acceleratia miscarii carligului in cazul ridicarii sarcinii normale

kDij- coeficientul diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

ρ0 ndashdensitatea otelului din care sunt confectionate burlanele

ρf -densitatea fluidului de foraj

Coloana fiind considerată plină cu fluid de foraj cu aceeaşi măsură a densităţii ca şi aceea

din interiorul puţului forat coeficientul k mf(M ) se determină cu formula [1]

k m f=ρf

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1] (187)

unde DCB este diametrul nominal al CB GCBM ndash greutatea celei mai grele coloane de burlane Sfa- grosimea startului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al coloanei de burlane

32

LCB ndash lungimea CB lj ndash lungimea tronsonului de ordinul j kDij ndash coef diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

K Dij=Dibj

DCB

(188)

Pentru CI(I) de 858in vom avea

DCI(I)=858in= 2191 mmntCI(I)=6

sB jisin 10 16 10 16 8 94 10 16 10 16 11 43 mmDi B jisin 198 8 198 8 2012 198 8198 8 196 8 mm

k Di jisin 0 907 0 907 0 918 0 907 0 907 0 898 l jisin 255 325 460 520 395 705 m

LCI(I)=HCI(I)=2660m

=125tm3

sf a=0 653 mm grosimea stratului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al CB

iquestsumj=1

6

(1minusk Di j2 )sdotl j=

(1-09072)sdot255+(1minus09072 )sdot325+(1-09182 )sdot460+ (1minus09072 )sdot52 0++ (1-09072)sdot39 5+(1minus0 8982)sdot705=473 972 m

Se admite

k r(M )=02

si ac

(lt M )=1 ms2 Se obţine

Sarcina maxima utila la tubare

FM T =1413 516 kN sdot[(1minus1 25 t m3

7 85 t m3 )sdot(1+02 )+ (1+0 745 )sdot 19 81 ]=1677 556 kN

Sarcina maxima utila de degajare a celei mai grele garnituri de foraj se determina cu relatia[1]

FM D =GGar F Msdot(1minus ρ f

ρo)+FD M

FD M este forta de degajare maxima FD M =300kN

33

k m f(M )=

ρ f

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

5

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1]=

Măsura lui FDM se apreciază icircn funcţie de măsura lui HM conform tabelului 1 aplicatia 9

FM D =1228 624 kNsdot(1minus1 25 t m3

7 85 t m3)+300 kN=1332 983

kN

Conform rezultatelor de mai sus se obtineFM

=max 1677 556 1332983 kN=1677 556 kN 9 81≃171 0047 tf

Ca urmare se poate alege o IF transportabilă pe cale terestră pe subansamble (SAn) din clasa F 200 (vezi [1])

Tipul acţionării se alege icircn funcţie de posibilitatea de alimentare cu energie electrică a IF icircn

zona de amplasare de instalaţiile aflate icircn dotarea firmei de foraj şi de costul comparativ al

combustibilului şi al energiei electrice din perioada cacircnd o să lucreze instalaţia icircn situaţia icircn care

firma dispune de instalaţii cu acţionări neautonome sau autonome

Se admite că situaţia din zona de amplasament a IF impune o acţionare de tipul DH Avacircnd

icircn vedere acest lucru rezultă că se poate alege o IF de tipul

F-200-2DH (T(SAn))

19 Concluzii

Pe baza datelor luate din materialul didactic si standardele nationale cat si internationale s-a

facut un calcul teoretic de alegere al instalatiei de foraj Luand in consideratie ca mediul real poate

aduce un aport negativ asupra calculelor teoretice in rezultatele prezentate mai sus s-au luat niste

coeficienti de siguranta care sa acopere riscurile posibile totodata s-a constatat ca desi pentru

Sonda 7 Pacurari este necesara o instalatie mai mica decat cea aleasa am fost nevoit sa aleg anume

F200-2DH deoarece conditiile tehnico-economice presupun utilizarea tipului utilajului folosit deja

in industria petroliera si standardizat conform normelor STAS si API

2 PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

21 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

34

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

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 arborele 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 [1]

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 MBM 820 cu supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului DH de tipul GF-820+CHC-750-2 sunt

prezentate icircn fig 21 Se analizează dependenţele funcţionale reprezentate de aceste curbe (vezi

aplicatia 13)

35

Fig 2 1 Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului de acţionare de tipul DHformat din GF 820 şi CHC-750-2 pentru reglarea motorului diesel la sarcină plină

şi funcţionarea lui cu gradul maxim de accelerare (la care puterea maximă amotorului este puterea nominală Pn) şi funcţionarea lui cu gradul maxim deaccelerare MI MII ndash momentul dezvoltat la arborele primar (I) respectiv laarborele secundar (II) al CHC ωI ωII ndash viteza unghiulară PI PII ndash puterea

ηCHC ndash randamentul CHC

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (210)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (211)

Tabel 311 Parametrii functionali ai grupului de actionare GF-820 + CHC-750-2

36

Fig 211 Curba caracteristica exterioara a CHC este o caracteristica flexibila cresterea momentului rezistent este

preluata de CHC prin reducerea importanta a vitezei unghiulare a arborelui secundar

Din aceste grafice se deduce ca pentru ηm= 07 DEF al CHC-750-2 reprezentat prin ηCH ϵ

[0700 0847] nII ϵ [275 950] rotmin MII ϵ [14730 4000] kNm

Din datele obinute rezulta avantajele utilizarii CHC in cadrul GA de tipul DH

1 CHC lucreaza ca un variator continuu de viteza adica ωII se modifica automat si continuu odata cu variatia momentului rezistent aplicat arborelui secundar astfel se spune ca CHC isi regleaza regimul de functionare deci CHC permite o autoadaptare a GA la sarcina

2 Utilizarea CHC simplifica lantul cinematic al IF37

3 CHC protejeaza motorul Diesel impotriva suprasarcinilor si a socurilor transmise de la antorul sistemului de lucruinclusive in situatia blocarii secundarului

Fig 212 Curbele caracteristice pentru sarcina plina ale motorului MBM-820 si curba puterii in functie de sarcina plina a aceluiasi motor

22 Alegerea modului de acţionare

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

38

Instalaţiie 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[1]

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

39

Fig 221 Schema structural-functionala a unei instalatii de foraj cu mod de actionare centralizatin varianta MAC2 cu

actionare DH

S-a ales varianta MAC2 in care PN este actionata separat formand impreuna cu GA si transmisiile mecanice respective un grup motopompa (GMP) dupa cum TA este DH vezi 1[1])

23 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

1 pompe centrifuge pentru hidrocicloane2 site vibratoare 3 agitatoare4 pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de foraj5 pompe centrifuge pentru apa6 pompe centrifuge pentru chimicale7 pompe pentru reziduuri8 pompe pentru combustibil9 comanda hidraulica a prevenitoarelor10 instalaţie pentru uscarea aerului11 agregate pentru icircncălzire12 maşini-unelte13 agregat pentru sudura

40

14 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

Tabel 231 Consumatorii auxiliari de forta utilizati in cadrul IF de tipul F200-2DH si puterea lor

NrCrt

Denumirea consumatorilor Puterea motorului

kW

NrmotoarePuterea totala

kW

A Instalatia de foraj propriu-zisa

1 Site virbatoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 10 75

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa racire troliu 75 1 75

5 Pompa apa racire frina hidraulica 75 1 75

6 Pompe instalatie amestec chimicale 3 2 6

7 Pompe combustibil 3 2 6

8 Pompe ulei 15 1 15

9 Pompe de preparare a fluidului de foraj 75 2 150

10 Pompa baterie denisipare 55 1 55

11 Pompa baterie desmiluire 50 1 50

12 Instalatie degazeificare 5 1 5

13 Degazeificator 30 1 30

14 Instalatie de preparare centrifuga 20 3 60

15 Instalatie transport material pulverulent 4 1 4

16 Dispozitiv salvare garnitura 20 1 20

17 Dispozitiv strins-slabit 11 1 11

18 Dispozitiv manevra prajini grele 75 1 75

19 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

20 Pod tubaj reglabil 75 1 75

21 Instalatie comanda prevenitoare 11 1 11

41

22 Instalatie de uscare aer 15 1 15

23 Instalatie iluminat normal 18 1 18

24 Instalatie iluminat siguranta 08 1 08

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

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

PCsAF = 5928 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

24 Calculul puterii instalate

Puterea instalata a IF (Prsquo) reprezinta puterea motoarelor utilizate pentru actionarea

antoarelor principale a celor auxiliare si pentru actionarea celorlalte utilaje si instalatii folosite

pentru executarea diverselor operatii auxiliare

Prsquo = P + PCsAF (241)

P = n Pn (242)

Pn-Puterea nominala a motorului MB820 Pn= 655 kW

n-numarul de motoare folosite

P = (2+2) ∙ PnP = (2 + 2) 655kW = 2620 kW

Prsquo= 2620 kW + 5928 kW = 32128 kW

25 ConcluziiIn capitolul 2 s-au ales grupurile de actionare Alegerea s-a facut pe baza analizei

parametrilor motoarelor si caracteristicile acestora s-a evidentiat modul de utilizare al acestor

grupuri de actionare astfel incat sa fie satisfacute conditiile de tehnologicitate si economicitate

Acest lucru s-a facut pentru a obtine niste parametri de lucru cat se poate eficienti si economici

deoarece in cazul neindeplinirii uneia din conditii se pot intampla atat stagnari ale procesului

normal de foraj (uneori poate chiar si cu consecinte catastrofale) cat si pierderi financiare mari

42

3 ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ SI PREZENTAREA PARAMETRILOR SI CARACTERISTICILOR LOR

31Alegerea capului hidraulic

Fig31 Secţiune prin CH (reprezentare schematică (a) şi reprezentare constructivă (b))1 ndash corp (oală) 2 ndash bolţ 3 ndash toartă (biglu) 4 10 ndash rulment cu role cilindrice (de ghidare) 5 11 ndash garnituri de

etanşare 6 ndash rulment axial principal cu role conice 7 ndash fus 8 ndash reducţie 9 ndash rulment axial secundar cu bile 12 ndash felinar (capac) 13 ndash lulea 14 ndash piuliţă inferioară 15 ndash ţeavă de spălare 16 ndash cutie de etanşare 17 ndash etanşarea icircntre

partea superioară a ţevii de spălare şi lulea 18 ndash piuliţă superioară 19 ndash şuruburi de fixare

Capul hidraulic [1] (CH) este un utilaj care face parte din ansamblul de antrenare a GarF

El reprezinta nodul de legatura intre cele trei echipamente principale (EqPr) ale IF echipamentul

de circulatie (EqC) echipamentul de rotatie (EqR) si de manevra (EqM)

CH este suspendat in ciocul cirligului triplex cu ajutorul toartei sale La randul sau CH sustine

garnitura de foraj prin intermediul reductiei de legatura si al prajinii de antrenare De luleaua CH

se monteaza furtunul de noroi

43

Ca urmare functiunile CH sunt

1 Sustinerea GarF in timpul forajului

2 Permiterea rotatiei GarF

3 Conducerea fluidului de forajsub presiunede la FN la PA prin lulea teava de spalare

fus si RLCHin cazul circulatiei directe

Marimile fizice principale ale CH1 marimile functionale

- sarcina de lucru maxima

- turatia maxima a fusului

- presiunea maxima a fluidului de foraj

2 marimile dimensional-constructive

- diametrul interior al tevii de spalare

- tipo-dimensiulnile de legatura

3 marimile de anduranta

- sarcina limitacapacitatea in functie de rulmentul principal

- durabilitatea rulmentului principal

- durabilitatea etansarii tevii de spalare

Fig 31 Capul hidraulic (CH) montat icircn ciocul cacircrligului icircn timpul forajului

Alegerea capului hidraulic se face pe baza sarcinii maxime de lucru (FCH M

) si trebuie sa echipeze instalatia de foraj F200-2DH [1]

44

FCH M

geF M

(31)

FM =200 tf

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

(32)

Capetele hidraulice construite icircn Romacircnia sunt tipizate conform SR 5736 [66] care este

elaborat icircn concordanţă cu API Spec 8A [67] şi API Spec 8C [68]

Din tab 62 Cap 6 6 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH ndash 320 (ndash40degC) SR 5736

necesar instalaţiei de foraj alese F200

CHndash320 (ndash40degC) SR 5736 este un cap hidraulic echipat cu rulment axial-oscilant cu role

butoi cu sarcina maximă de lucru de 320tf care lucrează icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash

40degC

Conform SR 5736 acest tip de CH se caracterizează şi prin

Sarcina limită sau capacitatea maximă icircn funcţie de rulmentul principal FRLCH=147tf

pM = 35MPa nM = 300 rotmin di = 762 mm LP 4 (filetul de legătură al lulelei cu FF) 6⅝

REG LH (filetul de legătură cu RLCH)

32Alegerea ansamblului macara carlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 32 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]

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia [1]

FMC ge FCM (321)

Din tab32 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32-1250 MC -300 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii

45

Tabel 31 Caracteristicile Ansamblului Macara-Carlig

Tabelul 32 Tipurile de macarale-cacircrlig construite icircn Romacircnia şi caracteristicile lor (cf [69])

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (32)

GMC =8610t middot 981 ms2 = 84464 kN

46

UnMas F200Denumire 5-32MC-300

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300

Nr Roti manevra - 5

Diam cablului mm 32

Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140

Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in f-ie de rulmenti US tonf 347

Masa t 8610

Fig 32 Construcţia ansamblului-cacircrlig mono-bloc 1 ndash cacircrlig triplex 2 ndash bolţ 3 ndash pahar şi rulment axial 4 ndash tijă 5ndash piston 6 ndash arcuri de destindere 7 ndash piesă de legătură icircntre ansamblul cacircrligului şi macara 8 ndash axul macaralei 9 ndash role 10 ndash rulmenţii macaralei 11 ndash plăci laterale

33Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul de foraj reprezinta partea fixa a masinii macara-geamblac Se monteaza in

grupul mastului pe grinzi numite coroana geamblacului Este format dintr-un ax pe care se

monteaza un anumit numar de role (z+1) prin intermediul unor rulmenti Fiecare rola se misca

independent de celelalte (z-numarul de role de la macara) [1]

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

-geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţie romacircnească Avantajul acestui tip

constructiv este acela că este o construcţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

- 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

47

c geamblacul de foraj din două blocuri

- geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se pot roti şi interschimba asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

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

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

a geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

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

b geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

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 ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia [1]

Fig 331 Geamblac cu o roata separata

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 332

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

Alegerea geamblacului de foraj se face in functie de sarcina de lucru maxima de diametrul cablului utilizat de tipul cablului de manevra de tipul macaralei respectiv de tipul ansamblului macara-carlig

48

Pentru instalatia F200-2DH se alege unul din geamblacurile tipizate care sa indeplineasca cerintele impuse

Fig 33 2Geamblac monobloc 1 ndash suport (prin care GF se montează prin şuruburi de coroană ramă) 2ndash ax 3 ndash rolă roată 4 ndash rulment radial-axial cu role conice pe două racircnduri 5 ndash disc distanţier 6 ndash bucşă distanţieră 7 ndash ungător cu bilă (folosit pentru ungerea consistentă a rulmenţilor) (canalele de ungere sunt practicate icircn plan orizontal) 8 ndash placă de presare 9 ndash apărătoare

Pentru instalatia de foraj F 200 se va folosi un geamblac A 6 -32-1250GF-300 (-400C)(vezi [1] cap 54 tab56)adica geamblac de foraj cu 6 roţi role pe ax cu diametrul cablului de manevră de 32 mm

diametrul exterior al rolei de 1250 mm sarcina maximă de lucru 300tfşi temperatura de lucru de ndash

40degC Din tabelul 56 Cap 5 [1]se observă că acest tip de geamblac face parte din clasa

echipamentului (de manevră) 450

Tabel 33 Caracteristicile GeamblaculuiUnMas

Denumire 6-32GF-300Sarcina maxima la coroana geamblacului tf 400

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300Nr Roti manevra - 6

Diam cablului mm 32Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in functie de rulmenti US tonf 416Masa t 28

49

34Alegerea elevatorului 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

Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane de tubare (B-ElPCB) (bdquocasing slip

elevator-spiderrdquo icircn lb en) este o sculă de manevră care se foloseşte icircn timpul tubării puţurilor

atacirct pentru susţinerea coloanei de burlane (CB) ca broască cu pene aşezată pe masa rotativă

(MR) cacirct şi pentru săltarea din penele broaştei şi introducerea coloanei icircn puţ ca elevator (cu

pene) Deci aceste scule se folosesc icircn pereche icircn timpul tubării puţurilor una aşezată pe MR

susţine CB prin icircmpănare icircndeplinind funcţia de broască cu pene (vezi fig 341) iar cealaltă

care este susţinută icircn chiolbaşi avacircnd rolul de elevator (cu pene) se prinde tot prin icircmpănare pe

burlanul care s-a adăugat prin icircnşurubare la coloană saltă CB din broasca cu pene şi o susţine icircn

timpul introducerii ei icircn sondă (vezi fig 342)

Fig 342 Tragerea burlanului pe jilip cu ajutorul unui elevator de tras burlane pentru a fi icircnşurubat icircn

coloana susţinută icircn broasca cu pene

50

Fig 343 Varianta de elevator (cu pene) (cu inel ridicător) a broaştei-elevator cu pene cu două semicorpuri care este susţinută icircn ochiurile inferioare ale chiolbaşilor (11) icircn timpul introducerii coloanei de burlane (12) icircn puţul care se tubează 1 ndash corp carcasă 2 ndash umăr 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă de siguranţă 5 ndash corp de pană 6 ndash bacuri 7 ndash pacirclnie de ghidare 8 ndash cadru ridicător 9 ndash icircmpingătoare 10 ndash mecanism cu pacircrghii de ridicare

Din punct de vedere funcţional se deosebesc tipurile bull broască cu pene (BP) bull elevator cu pene (ElP)

Fig344 Broasca-elevator cu pene

51

In figura 344 este reprezentata Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane (broasca cu pene icircn partea de sus stanga elevatorul cu pene icircn partea dreapta şi vedere de sus a elevatorului cu pene icircn partea de jos) 1ndash corp 2ndash umăr braţ superior 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă (siguranţă pentru chiolbaşi) 5 ndash poartă uşă 6 ndash pene 7 ndash bacuri 8 ndash placă de sprijin (pe masa rotativă) 9 ndash guler de protecţie şi ghidare 10 ndash pacirclnie de ghidare HB ndash icircnălţimea broaştei cu pene HE ndash icircnălţimea elevatorului cu pene l ndash lăţimea broaştei-elevator

Alegerea elevatorului cu pene se face din conditiile urmatoare

FPgtFCBM

(341)

unde

FPleFBminusEl PCB

(342)

Studiind oferta companiei STEROM SA Cacircmpina conform ([1] cap 8 tab88) se alege un elevator cu pene de tipul

B-ElPCB 4frac12 ndash 13⅜ in x 350 ts (9⅝ x 275 ts x 8⅝) (ndash 45ordmC)

icircnseamnă broască-elevator destinată utilizării pentru burlane cu diametrul nominal cuprins

icircntre 4frac12 in şi 13⅜ in (inclusiv) cu sarcina nominală (sarcina maximă de lucru) de 350 ts (320tf)

echipată cu pene set de pene de 958 in cu sarcina nominală (maximă de lucru) de 275 ts (250 tf)

icircn care sunt montate bacuri de 858 in adică această broască-elevator este echipată pentru susţinerea

unei CB de 858 care determină icircn timpul manevrei ei o sarcină maximă la cacircrlig de cel mult 275ts

(250 tf) Ea este executată să lucreze icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash 45 ordmC

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

21t∙981ms2 =20601kN

35 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatorul pentru prăjini de foraj (ElPF) (bdquodrill pipe elevatorrdquo icircn lb en) este o sculă de

manevră care se foloseşte pentru susţinerea garniturii de foraj (GarF) icircn timpul extragerii şi

introducerii ei icircn sondă El prinde sub mufa PF şi este agăţat prin umerii săi icircn ochiurile

inferioare ale chiolbaşilor

ElPF se compune din

52

ndash două corpuri articulate care se icircnchid pe PF prevăzute cu cacircte un umăr cu care se suspendă icircn

ochiurile inferioare (mici) ale chiolbaşilor

ndash icircnchizatorul celor două corpuri

ndash eclise cu bolţuri prinse icircn umeri pentru asigurarea contra ieşirii chiolbaşilor

Elevatoarele se deosebesc prin forma lor modul de icircnchidere a celor două corpuri şi forma

suprafeţei de rezemare a prăjinilor

Din punctul de vedere al icircnchiderii se diferenţiază

ndash ElPF cu icircnchidere centrală (ElPFIcircC)

ndash ElPF cu icircnchidere laterală (ElPFIcircL)

După forma suprafeţei de sprijin al PF se disting

ndash ElPF cu scaun drept (ELPFSD) deci cu suprafaţă de rezemare dreaptă folosite pentru

manevrarea prăjinilor de foraj cu racorduri speciale sudate cu umăr drept (RSSUD) sau cu

racorduri icircnfiletate [1]

Fig 351 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun conic

ndash ElPF cu scaun conic (ElPFSC) care dispun de o suprafaţă de rezemare interioară tronconică cu unghiul de icircnchidere standardizat de 18deg ca şi mufele racordurilor speciale sudate cu umăr conic (RSSUC)

53

Fig 352 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun dreptElevatoarele sunt tipizate prescripţiile generale fiind prevăzute de API Spec 8A [85] şi

Spec 8C [86] Icircn fig 88 este reprezentat un ElPF cu scaun conic iar icircn fig 89 un ElPF cu scaun

drept

In figura 34 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic

Fig 34 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Alegerea elevatorului pentru prajini se face in functie de tipul prajinilor de foraj

1 Daca prajinile sunt cu recorduri speciale infiletate atunci cu scaun drept

2 Daca prajinile sunt cu racorduri speciale sudate atunci cu scaun conic

La alegerea elevatorului trebuie indeplinita conditia

FElgtFGar FMn

(sarcina normala utila de la carlig) (351)

icircn care FGar FM

este sarcina maximă care apare icircn timpul manevrării garniturii pacircnă la adacircncimea

maximă de foraj a puţului respectiv

54

Pentru că prăjinile de foraj sunt cu RSSUC si FGar FM

=122863kN conform tabelului 85

[1] cap 8 se alege un elevator cu scaun conic cu urmatoarea nominalizare

Elevator cu scaun conic 4frac12 x 1214 x 250 adica

elevator cu scaun conic cu dimensiunea nominală de 4frac12 ( pentru prăjini de foraj cu

RSSUC cu diametrul nominal de 4frac12 DPF = 4frac12) cu diametrul interior de 1214 mm (ceea ce

icircnseamnă că se utilizează pentru prăjini cu capetele fie cu II fie cu IEI (conform tabelului 85 cap

8) şi cu sarcina maximă de lucru de 250 tf cu masa mEl=1828kg conform NR 05-1018R STEROM

SA

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

ELpF= mEl middot g (253)

GEl = 1828 kg middot 981 ms2 = 18 kN

36Alegerea chiolbasilor

Chiolbaşii (Ch) (bdquothe drilling linksrdquo bdquoelevator linksrdquo icircn lb en) denumiţi şi bdquobraţele de

elevatorrdquo sunt scule de foraj care fac legătura icircntre cacircrlig şi elevator fiind utilizaţi icircn timpul

manevrei garniturii de foraj (GarF) şi coloanelor de burlane (CB)

Ei se agaţă cu ochiurile superioare de umerii cacircrligului şi susţin cu ochiurile lor inferioare

elevatorul prin umerii acestuia (vezi fig 361) Astfel sarcina datorată GarF sau CB este

preluată prin intermediul elevatorului de către Ch care o transmit cacircrligului [1]

55

Fig 361 Ansamblul format din macara-cacircrlig chiolbaşi şi elevator icircncare este susţinută garnitura de foraj icircn timpul manevrei acesteia

Din punct de vedere al sarcinii de lucru exista 3 tipuri de chiolbasi

1 Usor (sarcini mici)

2 Mediu (sarcini medii)

3 Greu (sarcini mari)

Tipul usor are forma de za alungita iar cel mediu si greu ndash de bara prevazuta la ambele capete cu

ochiuri

Chiolbasii se executa prin forjare in matrita dintr-o singura bucata de otel slab aliat de

constructii pentru a se asigura o rezistenta mare atat prin fibrajul obtinut prin procedeul tehnologic

respective cat si prin compozitie si prin TT folosit

Fig 362 Diferite tipuri de chiolbaşi

Alegerea chiolbasilor se face in functie de sarcina de lucru si de lungimea nominala

Fig 363 Tipurile de chiolbaşi şi dimensiunile lor principale a ndash chiolbaş de tipul uşor b ndash chiolbaş de tipul mediu c ndash chiolbaş de tipul greu C2 ndash raza de curbură interioară a ochiului superior G1 ndash raza de curbură interioară a ochiului

56

inferior D2 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului superior cu umărul cacircrligului H1 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului inferior cu umărul elevatorului d d1 ndash diametrul barei L ndash lungimea de lucru (dintre

punctele de sprijin pe umărul cacircrligului şi pe umărul elevatorului)

Conform normelor prevazute pentru F200-2DH se aleg chiolbasi de tip greu serie Chiolbaşi 69 x 2100 x 320

Gama de sarcini Fch = 320 tf perDimensiuni principale- d1 = 85 mm- C2 = 108 mm

- G1 =70 mm- D2 = 34 mm - H1 = 345 mm- Lungimea totala Lch = 2100 mm- Masa netă informativă mch = 247 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (36)

GCh = 247 kg middot 981 ms2 = 243 kN

37Alegerea cablului de manevra

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

1 la manevră cablul de manevră sau de foraj

2 la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcărit

3 la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancoră

4 pentru rabaterea turlei cablul de praştie

5 la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electrici

Cablurile 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

57

1 de acelaşi diametru 5 la fire2 de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 371)

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

Fig 371 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

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

1 organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)

2 metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)

3 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 ]

58

Fig 372 Cablarea a ndash icircnfăşurarea spre dreapta b ndash icircnfăşurarea spre stacircngac ndash cablarea icircn cruce stacircnga (ZS) d ndash cablarea icircn cruce dreapta (SZ)e ndash cablarea paralelă dreapta (ZZ) f ndash cablarea paralelă stacircnga (SS)

Alegerea cablului se face pe baza sarcinii sale reale minime de rupere (Srm) astfel icircncacirct să fie satisfăcută condiţia de rezistenţă (vezi [1])

Srm gecM middot FM (37)

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

CM - coeficientul de siguranţă pentru operatiile de tubare si instrumentatie care se accepta egal cu

valoarea 2 conform API Spec9B iar FM ste forta maxima din RA a infasurarii cablului Ea se

determina cu expresia[1]

(372)

in care FM este forta totala care actioneaza asupra ramurilor din cablu z ndash nr de role de la macaraηMminusG - randamentul masinii macara-geamblac la ridicareRandamentul masinii macara-geamblac la ridicare se obtine cu relatia (cf[1])

ηMminusG=β2 ∙Zminus1

2 ∙ Z ∙ β2 ∙Z ∙ ( βminus1 ) (373)

unde β este inversul randamentului unei role

β= 1ηRo

(374)

pentru care se admite valoarea β =104 conform API iar ηRo =096 (API) randament role

59

FM=FM

2sdotzsdotηM minusG

Conform tipului de ansamblu MC ales z =5 Atunci rezultă

ηMminusG =

1 04225minus12sdot5sdot1 042sdot5 (1 04minus1 )

=0 811

Forţa F M se calculează cu expresia (conform [1])

FM =F M +GoTsdot(1+

ac(M )

g )

(375)

unde FM

este sarcina maxima utila la carlig GoT - greutatea moarta la tubare g- acceleratia

gravitationala g= 981 ms2 ac(M )

- acceleratia miscarii carligului are valori cuprinse in domeniul

[0515]∙ ms2

Greutatea moartă la tubare se determină ţinacircnd cont de greutatea elementelor ansamblului

MC a chiolbaşilor (Ch) a elevatorului cu pene (ElP) şi a ramurilor de cablu dintre macara şi

geamblac

GoT =

GMC+G ch+GEl P+GCM

(376)

Deoarece la acest moment nu se cunoaşte tipodimensiunea cablului şi ca urmare masa sa unitară se face aproximaţia

GoT iquestGMC+G ch+GEl P (377)

rezulta

GOT=8446 kN+243kN+20601 kN=1075 kN

Ştiind tipul IF se determină

FM

=200tf= 200∙981 =1962kNSe accepta

ac(M )=1 m s2

si se obtine

FM =1962 kN+107 5 kNsdot(1+ 19 81 )=2080 46 kN

60

Se calculeaza

F =

2080 46 kN2sdot5sdot0 811

=256 531 kN

Se determină sarcina reală minimă de rupere necesară a cablului cu formula

Srmnec gecM middot FM (378)

c M=2 ( conform API) si rezulta

Srmnec =2∙256531kN=513062kN

Se alege un cablu Seale cu o măsură a lui Srm astfel icircncacirct să fie icircndeplinită condiţia următoare

Sr mgtSr m nec

(379)

Ca urmare din [1] tabelul 52 se constată că se poate alege

Cablu Seale 6x19-32-1570 SZ STAS1689-80

caracterizat prin

nT=6 nr toroane

n f=19=1+9+9 nr fire din fiecare torondc=32 mm diametrul nominalRm=1570 MPa rezistenta minima de rupere a sarmelorSr m=531 32 kN sarcina reala minima de rupered0=3 mm diametrul sarmelor centraled1=1 45 mm diametrul sarmelor intermediared2=26 mm diametrul sarmelor exterioarem1 C=3 89 kg m masa unitara

Tipul cablării cruce dreapta (SZ) adică sensul de icircnfăşurare a firelor icircn toron este spre stanga(S) iar sensul de icircnfăşurare a toroanelor icircn cablu este spre dreapta (Z)Sr m=531 32gtSr nec=513 062 kN

Deci conditiaSr mgtSr nec este satisfacuta

Se reia calculul pentru verificare

61

Trebuie sa recalculam FM tinand cont si de greutatea cablului GCM

GCM =2sdotzsdotlr CM(M ) sdotqc (3710)

qc - greutatea unitara a cabluluiqc =m1 Csdotg (3711)

qc =3 89 kg msdot9 81 m s2=38 161 N mlr CM(M ) =(15 m+lp )+sminuslb (3712)

lr CM(M )

=(15 m+27 m)+65 mminus9 m=26 m

in care s=65m ndash spatiu de siguranta lb=9m lungimea unui burlanlp=27m lungimea pasului

GCM=2sdot5sdot26 msdot38 161 N m=9 922 kN

GoT=107 5 kN+9 922kN=117 422kN

Pentru IF F200-2DH vom avea

F =

2091 413 kN2sdot5sdot0 811

=257 88 kN

c M=Sr m

F c M=531 32kN

257 88 kN=2 06gtc=2

Tabelul 375 Parametrii caracteristici ai cablurilor Seale 6 x 19 conform STAS 1689-80

38 Alegerea troliului de foraj

62

FN=200sdot9 81kN+117 442kN (1+ 19 81

)=2091 413kN

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

1Alegerea instalatiei de foraj

11Programul de constructie a sondei

Programul de construcţie ( vezi [1] Aplicatia 1) a sondei se alcătuieşte pe baza datelor din tema de proiectare

El cuprinde

1) programul de tubare a găurilor puţurilor forate

2) profilurile coloanelor de burlane

3) tipodimensiunile de sape garnituri de foraj şi de motoare de adacircncime (cacircnd este cazul)

4) tipul şi caracteristicile fluidului de foraj

Programul de tubare stabileşte următoarele

ndash numărul de coloane de burlane necesare pentru echiparea sondei nCB

ndash diametrul nominal (exterior) al fiecărei CB

ndash adacircncimea de introducere a fiecărei CB (de tubare a fiecărui puţ de foraj) HCBj

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

yTjisin015 076 1

- diametrul nominal al coloanei de tubare de ordinul j (diametrul exterior al coloanei deci şi a

burlanelor din componenţa ei

DCBjisin1338 858 5 in

In tabelele 11 si 12 va fi prezentat programul de constructie a Sondei 7 Pacurari2

Tabelul 11 Informatii generale despre Sonda Pacurari

Tabelul 12 Programul de constructie a Sondei 7 Pacurari

J CB HCBj= LCBj

mLS

mYTj DCBj

in(mm)

Tip burlane

si IF

DMCBj

mmδCBj

mmDSPj

in(mm)

Tipul sapei IFU-C

1 CSA

525 525 015 13 38

(3397)API

S3651 39

717 12 in(4445)

M- 17 frac12

DGJ758 REG

2 CI 2660 2135 076 858

(2191)APIL

2445 254

1158

(2953)MA- 11 58

KGJ6 58 REG

3 CE 3500 840 1 5(127)

APIL

1413 151

634in(1715)

MA-634

DGJ3 frac12 REG

Tabelul 112 Programul de constructie a Sondei 7 Pacurari (continuare)

CB DimCBj-1

mmδimCBj-1

mmδCBj

mmδCBr

mmRCBj=

δ CB jDs

RCBr CSICBj CSICBr

1 CSA - - 397 35-45 00893 0080-01 02174 019-025

2 CI 3204 1255 254 25-30 00860 0060-0090 02077 0137-02203 CE 1962 123 151 10-15 00800 0060-0090 02137 0137-0220

3

1 Sonda 72 Structura geologica Pacurari

3 Caracter Exploatare petrol

4 Debit estimat cca 45 t24 h

5 Adancimea proiectata (m) 3500 m

6 Programul de tubare 1338 in x 525m 858 in x 2660m

5 in x 3500 m

7 Tipul instalatiei de foraj F-200-2DH (T(SAn))

8 Durata de realizare montare-demontare35 zile pentru foraj 4 zile pentru probe86zile foraj 6 zile probe de productie

Fig 11 Profilul Sondei 7 Pacurari

Caracterul Sondei 7 Pacurari este de exploatare a petrolului dintr-un zacamant format

din roci consolidate de tarie medii-tari (MT) 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 adancimea 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 (11) Adancimea la care se realizeaza tubarea se determina cu relatia (vezi [1])

yT j=HT j

H M (12)

icircn care HTj este adacircncimea de tubare a coloanei de ordinul j HM -adacircncimea maximă (finală) a sondei

HTj =yTj middot HM (13) HCB1 = 015 middot 3500 m= 525 m HCB2 = 076 middot 3500 m = 2660m

4

HBC3 = 1 middot 3500 m= 3500 m

Astfel datele obtinute sunt inscrise in tabelul 12

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

Ls=Lsj=ΔHCBj=HCBj-HCBj-1 j = l2nCB (14)

Diametrul nominal al CB (DCB) este diametrul 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 plecand de la masura

impusa diametrului CE si folosind relatiile si consideratiile prezentate in [1]capitolul 1 (vezi

subcapitolul 13 Elaborarea programului de tubare)

In tabelul 12 sunt concentrate aceste valori exprimate atat in inch cat 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 CE

Masura diametrului mufei pentru fiecare coloana se preia din STAS 875-86 tabel 13

Spatiul inelar pentru fiecare CB δCBJ se calculeaza cu expresia de definitie( vezi [1])

δCBj=05 ∙(DSPj-DMCBj) (14a)

δCBj este jocul dintre peretele găurii forate şi mufa burlanelor consideracircnd o aşezare

concentrică a CB faţă de gaură

Valorile determinate prin calcul se compara cu masurile recomandate si anume δCBr

Se 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 (diametrul interior minim al CBj) 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(vezi [1])

δimCBj-1=05 ∙(DimCBj-1-DSPj) (14b)

in care

δimCBj este jocul interior minim al CBj RCBr- raţia spaţiului inelar

CSICBr este coeficientul de spaţiu inelar

5

O altă mărime prin care se apreciază reuşita operaţiilor de tubare a puţului şi de cimentare a coloanei de burlane este coeficientul de spaţiu inelar definit icircn felul următor (vezi [1])

CSI CB=2 ∙ δCB

DM CB

(15)

Raţia spaţiului inelar (RCBj) se determină cu relaţia sa de definiţie (vezi [1])

RCB j=δCB j

D S

(16)

Conditiile de foraj pentru sonda studiata sunt normale

Tabel 13Măsurile diametrului exterior al mufei(DMCB) pentru burlanele cu filete S L şi B

6

12 Determinarea profilurilor coloanelor de burlane si a greutatii fiecarei coloane

Determinarea profilului unei coloane de burlane de ordinul j (CBj) (vezi [1] aplicatia 3) 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 (qBi i = 1 2 ntj)

Stabilirea structuriicomponentei CB se face in functie de solicitarile burlanelor de la adancimea la care acestea sunt amplasate in cadrul coloanei

Se 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 foraj (pef)

Se determina profilulstrucura fiecarei CB care echipeaza Sonda 7 Pacurari ajutorul diagramelor de tubare

Diagrama de tubare este o reprezentare a pozitiei fiecarui tronson de burlane impreuna cu caracteristicile sale (lBi sBi CBi) in cadrul CB in functie de adancimea 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) calculata la cele doua actiuni principale (Ga si pef) considerand o anumita masura a densitatii fluidului de foraj si anumite valori ale coeficientilor de siguranta la turtire si la smulgerea din filet (conform fig 11)Pentru adancimea de introducere a coloanei de ordinul j (adancimea de tubare a putului de ordinul j HTI) se traseaza o iinie verticala pana 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 verticala trasata astfel trece prin mai multe domenii fiecare dintre acestea apartinand 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 SBIsi 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 (121)

Astfel sunt puse in evidenta numarul de trosoane de burlane din care este alcatuita

coloana respectiva de ordinul j (ntj) si de asemenea pozitia (Li-1 si Li) si caracteristicile fiecarui

tronson de burlane (lBi sBi CBi) Datele obtinute in acest fel sunt concentrate intr-un tabel

7

Cunoscand 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 (122)

Apoi se determina greutatea fiecarui tronson de burlane

GBi=qBi∙lBi i=1 2 ntj (123)

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

GCBj= sumi=1

nt j

G B i (124)

8

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

9

Fig 122Determinarea profiluluistructurii CE de 5 in cu filet L din componenta Sondei 7 cu ajutorul diagramei de tubare a accstui tip de coloana

Tabelul 122 Caracteristicile coloanei de exploatare (CE) de 5rsquorsquo cu filet L

CB3=CE DCE=5 in tip IF-APIL HT3=3500 ρf=1500 kgm3 nT3=7

i 1 2 3 4 5 6 7Li-1 m 0 120 625 1025 1060 1650 2550Li m 120 625 1025 1060 1650 2550 3500

lBI m 120 505 400 35 590 900 950

CBI P110 N80 J55 J55 J55 N80 P110

10

SBi m 752 752 752 643 752 752 752

m1Bi kgm 2234 2234 2234 1936 2234 2234 2234

qBi Nm 219155 219155 219155 189921 219155 219155 219155

GBi kN 26298 110673 87662 6647 85470 19724 208197

GCB3 kN 722187

undentj reprezinta numarul de tronsoane de burlane lBi ndash lungimea fiecarui tronson de burlane

NBi ndash numarul de burlane din fiecare tronson CBi ndash clasa de rezistenta a otelului din care se

confectioneaza burlanele din fiecare tronson sBi ndash grosimea de perete a corpului burlanului din

fiecare tronson m1Bi qBi ndash masagreutatea unitara a burlanelor carecompun fiecare tronson

Fig 122Determinarea profiluluistructurii CB de 858 in cu filet L din componenta Sondei 7

Tabelul 123 Caracteristicile CI de 858 cu filet L

CB2=CI DCI= 858in tip IF-APIL HT =2660 ρf=125tm3 nT2=6

11

i 1 2 3 4 5 6Li-1 m 0 255 580 1040 1560 1955Li m 255 580 1040 1560 1955 2660lBI m 255 325 460 520 395 705CBI N80 J55 J55 J55 N80 N80

SBi m 1016 1016 894 1016 1016 1143m1Bi kgm 5362 5362 4766 5362 5362 5958

qBi Nm 526012 526012 467544 526012 526012 584479GBi kN 134133 170954 215070 273526 207774 412059

GCB3 kN 1413516Greutatea aparentă a CB (GaCB3 equiv GaCE) este greutatea acesteia icircn fluidul de foraj din puţul icircn care se introduce şi se determină cu formula (vezi[1])

Ga CE=GCE ∙(1minus ρ f

ρo) (125)

Rezulta

Ga CE=1413516 kN ∙(1minus125785 )=1188433kN

Se calculează greutatea coloanelor de burlane maximă cu relaţia următoare

GCBM = max (GCI GCE) (126)

GCBM = max (1413516kN 722187kN) = 1413516 kN

13Alegerea sapei pentru forajul putului de exploatare (vezi aplicatia 2)

Conform datelor obtinute in paragrafele 11 si 12 s-au 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 TEE 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 incat 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) asigurand un joc interior minirn (δimCBj-1)

12

Fig 114 Sapă cu role-con cu dantură cu dinţi frezaţi executaţi din corpul rolei

1ndash falcă 2ndash con cu dantură cu dinţi din oţel 3 ndash contracon4 ndash dispozitiv de spălare exterioară cu jet (cu duză)

5 ndash cep cu filet conic 6 ndash umărul cepului (icircmbinării filetate)

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 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 conform codificaţiei specifice

Din tabelul 1 [3] (aplicatia 1) se alege diametrul mufei coloanei de exploatare DMCE

corespunzătoare diametrului nominal al coloanei de exploatare DCE STAS 875 - 86 tab 6 icircn funcţie de tipul filetului

DMCE=1413 mm

Ca urmare se alege o sapă cu trei role pentru roci medii-abrazive (MA) Această sapă trebuie să foreze o gaură care să fie tubată cu o coloană de 5 in = 127 mm Pentru reuşita operaţiei de cimentare se recomandă (conform [11] tabelul 11) un spaţiu inelar cu măsura

δCEr = 15 mm

Se calculează diametrul sapei Ds cu următoarea relaţie

(131)

Conform [1] δCE se poate aprecia cu expresia de forma

δCEcong 012 ∙ DCE

(132)

si se obtine

13

δCEcong 012 ∙ 127 mm=1524 mmcong 15 mm

Se constată că cele două măsuri sunt apropiate Atunci folosind expresia

DS PE=iquestD M CE+2 ∙δCE riquest

(133)

rezulta

DS PE=iquest1413 mm+2 ∙15 mm=1713mmiquest

Dar sapa trebuie să treacă prin interiorul coloanei anterioare de 8⅝Prime (2191 mm) Această

coloană fiind introdusă la adacircncimea de 2660 m rezultă din diagrama de tubare că ultimul său

tronson trebuie să fie alcătuit din burlane cu grosimea maximă de perete de 1143 mm Deci

diametrul interior minim al coloanei intermediare de 8⅝Prime calculat cu relaţia

Di m CI ( I )=iquest D CI( I)minus2 ∙S BM iquest (134)

are măsura

Di m CI ( I )=2191 mmminus2 ∙1143 mm=1962 mm

Folosind tabelul 4 se observă că se poate alege o sapă cu diametrul nominal de 6frac34Prime (1715 mm) cu ajutorul căreia se realizează spaţiul inelar cu măsura recomandată respectiv

δCE=05 ∙ (1715 mmminus1413 mm )=151mm

şi care poate trece prin tronsonul cu diametrul interior minim al CI(I) jocul interior minim

determinat cu relaţia (cf [11])

δ i m CI ( I )=05∙ (Di m CI (I )minusDS PE ) (135)

δ i m CI ( I )=05∙ (1962 mmminus1715 mm )=123 mm

Icircn continuare se alege varianta constructivă de sapă MA- 634 DGJ cu diametrul de 6frac34Prime necesară pentru roci MA Adică o sapă cu dinţi din oţel avacircnd contraconul icircntărit şi prin ştifturi din carburi metalice sinterizate (D) cu lagăre cu alunecare etanşe (G) şi cu spălare exterioară cu fluid de foraj (cu jet) (J)

14

14 Alegerea 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 adancime (AnAd) al GarF

Exista doua variante de executie a PG(vezi [3]aplicatia 4)

1 forjate cu tratament termic de imbunatatire pe toata lungimea2 laminate (din tevi cu pereti grosi) cu tratament termic de normalizare si о imbunatatire

la capetePG se realizeaza in urmatoarele forme constructive

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

Fig 141Prajini grele circulare (PGC)

Tabelul 143 Alegerea diametrului nominal al PG (DPG) icircn funcţie de diametrul sapei

(DS)

Ds mm

1365divide1411

1492divide1615

1615divide1715

2127divide2286

2444divide2508

2695 295 3112 3492 ge3747

DPG mm

114(108)

121divide139

(114divide

133divide146

(121divide

187(159)

203(178)

229(203)

245(219)

245(229)

254(229)

273(254)

15

121) 133)

Alegerea PG inseamna determinarea masurilor urmatoarelor marimi

1 diametrul nominal (DPG)2 diametrul interior (DPGi)3 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 avand 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 cat mai mare a diametrului nominal

2 asigurarea unui spatiu inelar (SI) intre peretele putului si PG cu omasura cat mai mare

pentru ca pierderea de presiune (ΔpSIPG) rezultata la curgerea fiuidului de foraj sa fie cat

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 implicand o masura cat mai mica a diametrului nominal

Pe baza unor cercetari experimentale (cf [2]) efectuate in conditii de santier privind viteza medie

de avansare a sapei (vAv) si timpul de prindere in teren a GarF pentru fiecare sonda (tPrSd) in

functie de raportul D2PG D2

S s-a constatat ca exista un domeniu optim de valori pentru acest

raport

D2PG D2

S =[06 07]

Fig 142Viteza 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 foraj

16

Icircn funcţie de valoarea raportului DPGDS se clasifică (cf [6]) PG şi tipurile de formaţiuni icircn care

se recomandă să se foreze (vezi tabelul 142)

Tabelul 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

Pentru alegerea PGC se recomanda relatia empirica[6]

DPG=DS-25 (142)Pentru forajul putului de exploatare al Sondei 7 se considera ca nu exista pericol de

prindere in formatiunea geologica traversata prin foraj pana la adancimea finala

Avand in vedere tipul de formatiune precizat mai sus conform tabelului 2 se alege PG

supradimensionata cu DPG DS= 089

DPG= 1715mm ndash 25mm =1465mm

Din tabelul 143 conform [6] se alege DPG= 146mm Din tabelul 1 (vezi aplicatia 4) se

alege măsura standardizată a diametrului nominal cea mai apropiată de măsurile rezultate anterior

adică DPG = 1524 mm pentru care exista DPGi isin572 715]mm cu m1PGisin 1234 1115 kgm

Rezultă DPGDS = 08886 089cong

ceea ce este icircn acord cu tipul de PG supradimensionată recomandată pentru formaţiunile

fără pericol de prindere

Se calculeaza greutatea unitara

qPG=m1PG ∙ g (143)

unde

DPGi este diametrul interior prajini grele

- pentru DPGi= 572 mm

q=1234kgm

∙ 981ms=1210554

Nm

=1211kN m

unde g este acceleratia de cadere libera g=981 ms2

- pentru DPGi= 715 mm

q=1115kgm

∙ 981m

s2=1093815

Nm

=1094 kN m

17

Se calculeaza coeficientul pierderii de presiune din interiorul PG cu formula

α PGi=

8π 2

sdotλPG i

DPG i5

in care

(144)

λPGi reprezinta coeficientul de rezistenta hidraulica liniara si are o valoare constanta si anume (conform [1])

λPGi=002

- pentru DPGi= 572 mm

α PGi=

8π 2

sdot 0 02

(5 72sdot10minus2 )5 m5= 8

π2sdot2sdot10minus2sdot1010

5 725 m5= 8

π2sdot20000sdot104

5 725 m5=26475sdot104 mminus5

- pentru DPGi= 715 mm

α PGi=

8π 2

sdot 0 02

(7 15sdot10minus2)5 m5= 8

π2sdot2sdot10minus2sdot1010

7 155 m5= 8

π 2sdot20000sdot104

7 155 m5=0 8675sdot104 mminus5

Daca se alege masura mai mica a diametrului interior atunci lungimea AnAd va fi mai mica

dar fara sa se evite fenomenul de flambaj deoarece aceasta lungime este mai mare decat 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 alege PG cuDPG= 6 in= 1524 mm DPgi = 2 1316 in= 715 mm IFU de tipulNC 44 m1PG = 1115 kgm

Mir=244kNm (momentul de insurubare recomandat) i=W M

( lC)

W C(1905 )=284

Se observa ca i=284gtiopt= 25 ceea ce inseamna ca imbinarea filetata cu umar a PG asigura o rezistenta mare la oboseala in sectiunile sale critice (Vezi [1])

14Verificarea la flambaj a ansamblului de prajini grele

141 Determinarea lungimii ansamblului de adancime

Pe baza datelor obtinute anterior se calculeaza lungimea ansamblului de PG (LAnAd) cu formula (vezi [1])

18

LAn Ad=FS

c L ∙qPG ∙(1minusρf

ρo)∙ (cosθminusμa sinθ)

(151)undeFS este forta de apasare pe sapa ρ f -densitatea fluidului de foraj(150tm3) ρ odensitatea otelului(785tm3) LAnPG este lungimea ansamblului de prăjini grele in m

qPG ndash greutatea unitara a PG CL ndash coeficientul lungime Fs ndash forta de apasare pe sapa Ө - unghiul mediu de deviere al sondei fata de vertical g ndash acceleraţia gravitaţională in ms Densitatea fluidului de foraj se poate aprecia cu expresia empirică(cf [8])

ρ f=125+025∙ ln (H ∙10minus3) (152)

ρ f=[125+025∙ ln (35 ∙ 103 ∙10minus3 ) ] t

m3=1563 t m3

Din conditiile tehnologice se alege ρf =15 tm3 (vezi Ap 1)Se calculeaza greutatea unitara a PG

qPG=m1 PGsdotg (153)

qPG=1115kgm

∙981m

s2=109382

Nmcong 1094

kNm

Se calculează forţa de apăsare pe sapă (cf [8])

FS=(03+7 5sdot10minus5sdotH )sdotDS

(154)

FS=(03+75 ∙ 10minus5 ∙35 ∙103)∙ 1715 kN= 9647 kN

Se calculeaza lungimea ansamblului de PG cu expresia (151)

LAn PG=9647 kN

0 85sdot1 094 kN msdot(1minus 157 85 )sdot(cos 30minus03sdotsin 30)

=130 475 m

Өiquest30

Se determina numarul de PG cu relatia

nPG=L An PG

lPG (155)

Unde lPG reprezinta lungimea unei prajini grele Daca se admite pentru lPG

19

masura normala care este egala cu 9m atunci se obtine

nPG=130 475m9 m

=14 49≃15

Se alege nPG=15 si se recalculeaza LAnPG

LAn PG=15sdot9m=135 mSe recalculeaza coeficientul de lungime al AnPG

c L=96 47 kN

135 msdot1 094kNm

sdot(1minus 157 85 )sdot(cos 30minus03sdotsin 30)

=0 821

si se constata ca valoarea lui se gaseste in domeniul recomandat adica [070 085]

142 Verificarea la flambaj a AnPG (vezi [3] aplicatia5)

Lungimea supusa la compresiune a AnPG este c LsdotLAn PG=0 821sdot135=110 835 m (156)

Se calculeaza lungimea critica de flambaj a AnPG(vezi [1])

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 PGExpresia de sub radical adică

(158)

se numeşte (conform lui N Pacircrvulescu) volum de rigiditate la gravitatie deoarece are dimensiunea unui volum si exprima un caracter de rigiditate al PG

Momentul geometric axial se calculeaza cu formula

I PG= π64

sdot( DPG4 minusDPG i

4 ) (159)

I PG= π64

sdot(15 244minus7 154) cm4=2520 375 cm4≃2 5203sdot10minus5 m4

20

Greutatea unitara aparenta a PG se determina cu formula

qa PG=qPGsdot(1minusρf

ρo) (1510)

Se obtine

qa PG=1 094kNm

sdot(1minus 157 85 )=0 885

kNm

Măsura volumului de rigiditate la gravitaţie al PG este

V PG=21∙ 1011 N

m2∙ 2520375 ∙10minus5 m4

0885∙ 103 Nm

=5981∙ 103 m3

Rezultă imediat măsura lungimii critice de flambaj a AnPG

LAn PG cr=17∙3radic5981∙103 m3=3085 mcong 31 m

Comparand aceasta masura a lungimii critice de flambaj a AnPG cu aceea a lungimii

portiunii din AnPG supuse la compresiune se constata

c LsdotLAn PG=110 835 mgtLAn PG cr=31 m

Ceea ce inseamna ca AnPG flambeaza sub actiunea fortei de apasare pe sapa Avand 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 corector-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 prajinile grele al doilea

al treilea si respectiv al patrulea stabilizator (vezi cap 1fig124 f)

21

Fig 143 Alcătuirea ansamblului de adacircncime al garniturii de foraj

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

Alegerea prajinilor de foraj (vezi Apl 6)Prăjinile de foraj (PF) sunt fabricate din ţevi de oţel laminate la cald icircngroşate la capete Se execută următoarele tipuri de PF [6] ndash PF cu racorduri speciale sudate (prin presiune de contact) (PFRSS) ndash PF cu racorduri speciale filetate (PFRSF)

PFRSS se realizează icircn conformitate cu STAS 80371-80 (bdquoPrăjini de foraj pentru racorduri sudate Clasele de rezistenţă D E şi G-105 Dimensiunirdquo) şi conform normei API 5A ndash pentru PF din clasele de rezistenţă D şi E ndash şi normei API 5AX ndash pentru PF din clasele de rezistenţă X-95 G-105 şi S-135 După forma icircngroşării capetelor PFRSS se execută icircn trei variante (vezi fig 161)

ndash PF cu capete icircngroşate la interior (II) (sau IU ndash Internal Upset conform API) ndash PF cu capete icircngroşate la exterior (IE) (sau EU ndash External Upset conform API) ndash PF cu capete icircngroşate la exterior şi la interior (IEI) (sau IEU ndash Internal- External Upset conform API)

22

Fig 161 Prăjini de foraj cu racorduri speciale sudate (PFRSS) [1] a ndash varianta II (cu capetele icircngroşate la interior) respectiv IU (Internal Upset) conform API b ndash varianta IE (cu capetele icircngroşate la exterior) respectiv EU (External Upset) conform API c ndash varianta IEI (cu capetele icircngroşate la exterior şi la interior) respectiv IEU (Internal-External Upset) conform API

Alte tipuri de PF sunt ndash PF cu perete gros ( Thick Wall Drill-Pipe icircn lb en) ndash PF cu grosimea de perete variabilă ndash PF cu racorduri speciale sudate cu canale elicoidale şi cu perete gros

Racordurile speciale pentru sudare (RSS) de la PF cu II IE şi IEI au tipodimensiunile şi

condiţiile tehnice reglementate icircn STAS 75701-80 (bdquoRacorduri speciale pentru sudare prin contact

la prăjini de foraj din clasele de rezistenţă D şi Erdquo) icircn norma API Spec 7 şi de asemenea icircn

normele interne ale firmelor constructoare RSS se execută icircn două variante constructive (fig

162)

ndash varianta A RSS cu scaun conic

ndash varianta B RSS cu scaun drept

23

Fig 162 Racorduri speciale pentru sudare (RSS) la prăjini de foraj [2] varianta A (cu scaun conic) varianta B (cu scaun drept)

Normele API Spec 7 prevăd RS şi pentru PF confecţionate din oţeluri din clasele de rezistenţă

superioare X-95 G-105 şi S-135

RSS sunt prevăzute cu icircmbinări filetate cu umăr (IcircFU) standardizate icircn STAS 8351-80

Alegerea prăjinilor de foraj

A alege prăjinile de foraj (PF) icircnseamnă a stabili ndash tipul PF

ndash diametrul nominal (DPF) şi grosimea de perete (sPF)

ndash clasa (gradul) de rezistenţă ndash clasa de uzură

ndash intervalul de măsuri ale lungimii

Criteriile pe baza cărora se face alegerea PF sunt următoarele

1) rezistenţă maximă la solicitările statice şi variabile care se asigură prin alegerea

corespunzătoare a tipului de PF a clasei de rezistenţă şi a celei de uzură a PF a intervalului de

măsuri ale lungimii PF şi a unei măsuri a grosimii de perete cacirct mai mari

2) rezistenţă maximă la acţiunea mediului coroziv care impune alegerea corespunzătoare a oţelului

şi dacă este cazul alegerea PF cu acoperiri speciale anticorozive şi de asemenea a unei măsuri a

grosimii de perete cacirct mai mari

3) energie minimă consumată icircn timpul forajului care icircnseamnă

a) energie mecanică de rotaţie minimă care se asigură prin alegerea unor măsuri ale

diametrului nominal şi grosimii de perete cacirct mai mici 24

b) energie hidraulică minimă (consumată prin circulaţia fluidului de foraj)ceea ce

presupune o pierdere de presiune minimă la curgerea fluidului de foraj prin interiorul PF care

determină alegerea unei măsuri cacirct mai mici a grosimii de perete

4) energie minimă consumată icircn timpul manevrei GarF ceea ce presupune alegerea PF cu măsura

minimă a masei unitare

Diametrul nominal al PF reprezinta diametrul exterior al corpului PF DPF=DPFe (161)

Diametrul nominal al PF se determina in functie de Dsmasurile orientative fiind date in tabelul de mai jos

Ds mm 150170 150200 175225 200250 225300 gt250DPF mm(in) 889(3 frac12) 1016(4) 1143(4 frac12) 127(5) 1397(5 frac12) 1683(658)

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

Pentru diametrul sapei de foraj determinat icircn subcapitolul anterior Ds= 1715 mm = 634rdquo se alege diametrul nominal al prăjinii de foraj DPF =4 frac12rdquo = 1143 mm

Din STAS 8037 ndash 88 (vezi aplicatia 5 tabelul 1) se alege diametrul nominal standardizat 412rdquo E 75 cu urmatoarele caracteristici

- masa cu racorduri m1PF= 33 Kgm

- grosimea peretelui s= 1092 mm

- diametrul interior DPfi= 9246=925 mm

- aria prăjinii de foraj A= 3547 mm2

- modulul de rezistentă WP= 10583 cm3

- tipul icircngroşării EU

- gradul de rezistenta E 75

- presiunea exterioara limita pel= 894 bar= 894MPa

- presiunea interioara limita pil= 865 bar =865MPa

- forţa de tracţiune limita FtcL= 1834 kN

- momentul de torsiune limita MtLPF= 5003 kNm

- tipodimensiunea IFU a RSS NC46 (4IF)

Solicitari care duc la limita de curgere a RSS

- momentul de insurubare limita dpdv al curgerii materialului RSS

25

M i RS L=53 69 kNm

FtRSL = 4 664 kN (forţa de tracţiune limită dpdv al curgerii materialului RSS)

- momentul de insurubare recomandatM i r=27 3 kNm

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)

Se obtine

APF=π4sdot(114 32 mmminus92 462 mm)=3547 mm2

Se determina modulul de rezistenta polar al sectiunii transversale a corpului PF cu formula

W p=I p

DPF

2

(162)

unde I p este momentul geometric polar al sectiunii transversale a corpului PF

I p=π32

∙( DPF4 minusDPFi

4 )= π32

∙ DPF4 ∙[1minus( DPFi

DPF)

4] (163)

I p=π

32sdot114 34 mmsdot[1minus(925 mm

114 3 mm )4 ]=9569240 653 mm4=956 924 mm3

deci

W p=π

16sdotDPF

3 sdot[1minus( DPF i

DPF)

4]

(164)

Rezulta

W p=π

16sdot114 33sdot[1minus(92 5

114 3 )4]=167658 175 mm3

Calculul tensiunii de tractiune

σ tcl=F tcl

APF

(165)

26

σ tcl=1834 kN

3547 mm2 =1834 ∙ 103 N3547 mm2 =517056 ∙106 Pa

Aceasta tensiune arata limita de curgere minima conform tabelului cu caracteristicile

mecanice ale prajinilor de foraj pentru clasa de rezistenta E75 (vezi aplicatia 6) Limita de curgere

trebuie sa se situeze in intervalul 517hellip724 In cazul nostrum limita este 517 MPa care se

incadreaza intre valorile recomandate

-calculul tensiunii tangentiale τ=G∙θ ∙ r (166)

θ=M t

G ∙ I p

(16 7)

Unde G este modulul de elasticitate transversal al materialului din care se confectioneaza PFPentru otel G= 81010 Paθ- torsiunea specificar- raza punctului considerat din sectiunea transversala a corpului PF

θ= 5003∙ 103 Nm8 ∙ 1010 N m2 ∙ 0956∙ 10minus5m4 =653 ∙ 10minus2 1

m

τ=8 ∙1010 N

m2∙ 653 ∙ 10minus2 mminus1∙ 5785∙ 10minus2m=29855106

N

m2

Aceasta tensiune reprezinta tensiunea tangentiala de curgere

Lungimea ansamblului superior utilizat pentru forajul putului de exploatare se determina cu

expresia

LAn S=H MminusLAn PG (168) LAn S=3500 mminus162 m=3338 m

Se calculeaza numarul de PF

nPF=

LAn S

lPF (169)Considerand ca lungimea unei prajini este cea normala adica 9m se obtine

nPF=3338

9=37088

Se alege nPF=371 si se recalculeaza lungimea AnS

LAnS=371∙9m=3339 m

27

17Alegerea 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

garnitura stanga) [1]

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 masa rotativă 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 (658 REG) in timpul forajului după tubarea unei coloane de burlane prăjina

de antrenare trebuie uneori schimbată ndash diametrul cepului 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 de lucru 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 [1]

28

Fig 171 Prăjina de antrenare forjată a ndash pătrată b ndash hexagonală

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

Alegerea 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-cep

Se prefera alegerea unei prajini de antrenare forjate deoarece nu necesita reductii de legatura

proprii asa cum este cazul prajinii laminate

29

Fig172 Reducţii de legătură icircntre prăjina de antrenare (PA) şi racordul special (RS) denumite RLRS a ndash

reducţie dreaptă (pentru icircmbinări filetate cu aceleaşi dimensiuni) b ndash reducţie icircn trepte (pentru icircmbinări filetate cu

dimensiuni diferite)

Se alege o prajina de antrenare forjata patrata avand elementul de imbinare superioara de

tipul mufa cu filet stanga de tipul 658 REG pentru asamblarea cu reductie cap hidraulic(RLCH)

Pentru ansamblul superior al garniturii de foraj s-a stabilit ca se iau prajini de foraj de 4 12 in cu

racorduri speciale sudare(RSS) cu IEI si tipodimensiunea IFU NC 46

Ca urmare conform tabelului 1 aplicatia 7 se alege prajina de antrenare in varianta

constructiva 1(standard) cu dimensiunea nominala de 4 frac14 in Se foloseste o RLPA dreapta de

tipul mufa(NC46)-cep(NC46) ca in figura 172 a

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 infDPA

mm(in)DPAi mm

a mm

lPA m

mPAkg

1cep

6 58 REGmufăNC46

mufă6 58

REG

cepNC46

A (dreapta) NC46-NC46

108(4 14)

714 108 12192 800

30

18 Alegerea tipului de instalatie de foraj

Instalaţia de foraj reprezintă totalitatea maşinilor utilajelor si instalaţiilor necesare săpării unei sonde

Studiul pe sisteme al instalaţiilor de foraj corespunde principalelor operaţii care se efectuează

pentru forarea unei sonde precum si principalelor grupe de maşini si utilaje care intra in

componenta acestor instalaţii

Sistemele de lucru ale unei instalaţii de foraj sunt

1 Sistemul de manevra mdash SM- cu ajutorul căruia se realizează ridicarea si coboracircrea

sarcinilor

2 Sistemul de circulaţie - SC - care asigura circulaţia fluidului de foraj

3 Sistemul de rotire - SR - care realizează rotirea garniturii de prăjini in timpul forajului

In cazul instalaţiilor de foraj transportabile apare si sistemul de transport

Pentru asigurarea condiţiilor de funcţionare a sistemelor de lucru instalaţia de foraj mai

cuprinde sistemul de comenzi instalaţia de preparare si curăţare a fluidului de foraj dispozitive

de mecanizare si automatizare ansamblul de scule materialul tubular [1]

Alegerea instalaţiei de foraj se face pe baza sarcinii maxime utile (sarcinii maxime de lucru) FM (V APLICATIA 9)

In aplicatiile anterioare s-au determinat greutatile fiecarei coloane de burlane si anume

GCI(I)= 1413516 kN GCE= 722187kN

Rezulta ca cea mai grea CB GCBM=max GCI(I) GCE=1413516 kN

S-au ales pentru forajul putului de exploatare prajini grele cu DPG=6 in=1524 mm

DPGi=2 1316 in= 715 mm m1PG = 1115 kgm qPG=1094kNm LAnPG=135 m

Se determina greutatea AnPG

GAn PG=qPGsdotL An PG

(181)

si se obtine

GAnPG=1094kNm135m=14769kN

Greutatea unitara a PFse calculeaza folosind formula

qPF=m1 PFsdotg (182)

qPF=33kgm

sdot9 81m

s2=323 73

Nm

31

Greutatea AnS va fi

GAn S=qPFsdotLAn S (183)

GAn S=323 73Nm

sdot3 339sdot103 m=1080 934kN

Greutatea GarF se obtine insumand greutatea AnPG si greutatea AnS

GGar F=GAn PG+GAn S (184)

Se obtine

GGar F=147 69 kN+1080 934 kN=1228 624 kN

Se considera ca cea mai grea GarF este garnitura utilizata pentru forajul putului de exploatare

GGar F M=1228 624 kN

Alegerea IF se face pe baza sarcinii nominale de la carlig si a tipului de actionare

FM =max FM T FM D (185)

Sarcina maxima utila de tubare se calculeaza cu formula[1]

FM T

=GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+(1+kmf( M ) )sdot

ac

( M )

g ] (186)

in care

k r(M )estecoeficientul fortei de frecare la ridicarea coloanei de burlane intre peretele putului si

fluidul de foraj k mf(M )minusiquestcoeficientul de masa al fluidului de foraj din interiorul coloanei aderent la

coloana ac(M )- acceleratia miscarii carligului in cazul ridicarii sarcinii normale

kDij- coeficientul diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

ρ0 ndashdensitatea otelului din care sunt confectionate burlanele

ρf -densitatea fluidului de foraj

Coloana fiind considerată plină cu fluid de foraj cu aceeaşi măsură a densităţii ca şi aceea

din interiorul puţului forat coeficientul k mf(M ) se determină cu formula [1]

k m f=ρf

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1] (187)

unde DCB este diametrul nominal al CB GCBM ndash greutatea celei mai grele coloane de burlane Sfa- grosimea startului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al coloanei de burlane

32

LCB ndash lungimea CB lj ndash lungimea tronsonului de ordinul j kDij ndash coef diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

K Dij=Dibj

DCB

(188)

Pentru CI(I) de 858in vom avea

DCI(I)=858in= 2191 mmntCI(I)=6

sB jisin 10 16 10 16 8 94 10 16 10 16 11 43 mmDi B jisin 198 8 198 8 2012 198 8198 8 196 8 mm

k Di jisin 0 907 0 907 0 918 0 907 0 907 0 898 l jisin 255 325 460 520 395 705 m

LCI(I)=HCI(I)=2660m

=125tm3

sf a=0 653 mm grosimea stratului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al CB

iquestsumj=1

6

(1minusk Di j2 )sdotl j=

(1-09072)sdot255+(1minus09072 )sdot325+(1-09182 )sdot460+ (1minus09072 )sdot52 0++ (1-09072)sdot39 5+(1minus0 8982)sdot705=473 972 m

Se admite

k r(M )=02

si ac

(lt M )=1 ms2 Se obţine

Sarcina maxima utila la tubare

FM T =1413 516 kN sdot[(1minus1 25 t m3

7 85 t m3 )sdot(1+02 )+ (1+0 745 )sdot 19 81 ]=1677 556 kN

Sarcina maxima utila de degajare a celei mai grele garnituri de foraj se determina cu relatia[1]

FM D =GGar F Msdot(1minus ρ f

ρo)+FD M

FD M este forta de degajare maxima FD M =300kN

33

k m f(M )=

ρ f

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

5

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1]=

Măsura lui FDM se apreciază icircn funcţie de măsura lui HM conform tabelului 1 aplicatia 9

FM D =1228 624 kNsdot(1minus1 25 t m3

7 85 t m3)+300 kN=1332 983

kN

Conform rezultatelor de mai sus se obtineFM

=max 1677 556 1332983 kN=1677 556 kN 9 81≃171 0047 tf

Ca urmare se poate alege o IF transportabilă pe cale terestră pe subansamble (SAn) din clasa F 200 (vezi [1])

Tipul acţionării se alege icircn funcţie de posibilitatea de alimentare cu energie electrică a IF icircn

zona de amplasare de instalaţiile aflate icircn dotarea firmei de foraj şi de costul comparativ al

combustibilului şi al energiei electrice din perioada cacircnd o să lucreze instalaţia icircn situaţia icircn care

firma dispune de instalaţii cu acţionări neautonome sau autonome

Se admite că situaţia din zona de amplasament a IF impune o acţionare de tipul DH Avacircnd

icircn vedere acest lucru rezultă că se poate alege o IF de tipul

F-200-2DH (T(SAn))

19 Concluzii

Pe baza datelor luate din materialul didactic si standardele nationale cat si internationale s-a

facut un calcul teoretic de alegere al instalatiei de foraj Luand in consideratie ca mediul real poate

aduce un aport negativ asupra calculelor teoretice in rezultatele prezentate mai sus s-au luat niste

coeficienti de siguranta care sa acopere riscurile posibile totodata s-a constatat ca desi pentru

Sonda 7 Pacurari este necesara o instalatie mai mica decat cea aleasa am fost nevoit sa aleg anume

F200-2DH deoarece conditiile tehnico-economice presupun utilizarea tipului utilajului folosit deja

in industria petroliera si standardizat conform normelor STAS si API

2 PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

21 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

34

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

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 arborele 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 [1]

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 MBM 820 cu supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului DH de tipul GF-820+CHC-750-2 sunt

prezentate icircn fig 21 Se analizează dependenţele funcţionale reprezentate de aceste curbe (vezi

aplicatia 13)

35

Fig 2 1 Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului de acţionare de tipul DHformat din GF 820 şi CHC-750-2 pentru reglarea motorului diesel la sarcină plină

şi funcţionarea lui cu gradul maxim de accelerare (la care puterea maximă amotorului este puterea nominală Pn) şi funcţionarea lui cu gradul maxim deaccelerare MI MII ndash momentul dezvoltat la arborele primar (I) respectiv laarborele secundar (II) al CHC ωI ωII ndash viteza unghiulară PI PII ndash puterea

ηCHC ndash randamentul CHC

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (210)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (211)

Tabel 311 Parametrii functionali ai grupului de actionare GF-820 + CHC-750-2

36

Fig 211 Curba caracteristica exterioara a CHC este o caracteristica flexibila cresterea momentului rezistent este

preluata de CHC prin reducerea importanta a vitezei unghiulare a arborelui secundar

Din aceste grafice se deduce ca pentru ηm= 07 DEF al CHC-750-2 reprezentat prin ηCH ϵ

[0700 0847] nII ϵ [275 950] rotmin MII ϵ [14730 4000] kNm

Din datele obinute rezulta avantajele utilizarii CHC in cadrul GA de tipul DH

1 CHC lucreaza ca un variator continuu de viteza adica ωII se modifica automat si continuu odata cu variatia momentului rezistent aplicat arborelui secundar astfel se spune ca CHC isi regleaza regimul de functionare deci CHC permite o autoadaptare a GA la sarcina

2 Utilizarea CHC simplifica lantul cinematic al IF37

3 CHC protejeaza motorul Diesel impotriva suprasarcinilor si a socurilor transmise de la antorul sistemului de lucruinclusive in situatia blocarii secundarului

Fig 212 Curbele caracteristice pentru sarcina plina ale motorului MBM-820 si curba puterii in functie de sarcina plina a aceluiasi motor

22 Alegerea modului de acţionare

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

38

Instalaţiie 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[1]

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

39

Fig 221 Schema structural-functionala a unei instalatii de foraj cu mod de actionare centralizatin varianta MAC2 cu

actionare DH

S-a ales varianta MAC2 in care PN este actionata separat formand impreuna cu GA si transmisiile mecanice respective un grup motopompa (GMP) dupa cum TA este DH vezi 1[1])

23 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

1 pompe centrifuge pentru hidrocicloane2 site vibratoare 3 agitatoare4 pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de foraj5 pompe centrifuge pentru apa6 pompe centrifuge pentru chimicale7 pompe pentru reziduuri8 pompe pentru combustibil9 comanda hidraulica a prevenitoarelor10 instalaţie pentru uscarea aerului11 agregate pentru icircncălzire12 maşini-unelte13 agregat pentru sudura

40

14 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

Tabel 231 Consumatorii auxiliari de forta utilizati in cadrul IF de tipul F200-2DH si puterea lor

NrCrt

Denumirea consumatorilor Puterea motorului

kW

NrmotoarePuterea totala

kW

A Instalatia de foraj propriu-zisa

1 Site virbatoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 10 75

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa racire troliu 75 1 75

5 Pompa apa racire frina hidraulica 75 1 75

6 Pompe instalatie amestec chimicale 3 2 6

7 Pompe combustibil 3 2 6

8 Pompe ulei 15 1 15

9 Pompe de preparare a fluidului de foraj 75 2 150

10 Pompa baterie denisipare 55 1 55

11 Pompa baterie desmiluire 50 1 50

12 Instalatie degazeificare 5 1 5

13 Degazeificator 30 1 30

14 Instalatie de preparare centrifuga 20 3 60

15 Instalatie transport material pulverulent 4 1 4

16 Dispozitiv salvare garnitura 20 1 20

17 Dispozitiv strins-slabit 11 1 11

18 Dispozitiv manevra prajini grele 75 1 75

19 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

20 Pod tubaj reglabil 75 1 75

21 Instalatie comanda prevenitoare 11 1 11

41

22 Instalatie de uscare aer 15 1 15

23 Instalatie iluminat normal 18 1 18

24 Instalatie iluminat siguranta 08 1 08

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

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

PCsAF = 5928 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

24 Calculul puterii instalate

Puterea instalata a IF (Prsquo) reprezinta puterea motoarelor utilizate pentru actionarea

antoarelor principale a celor auxiliare si pentru actionarea celorlalte utilaje si instalatii folosite

pentru executarea diverselor operatii auxiliare

Prsquo = P + PCsAF (241)

P = n Pn (242)

Pn-Puterea nominala a motorului MB820 Pn= 655 kW

n-numarul de motoare folosite

P = (2+2) ∙ PnP = (2 + 2) 655kW = 2620 kW

Prsquo= 2620 kW + 5928 kW = 32128 kW

25 ConcluziiIn capitolul 2 s-au ales grupurile de actionare Alegerea s-a facut pe baza analizei

parametrilor motoarelor si caracteristicile acestora s-a evidentiat modul de utilizare al acestor

grupuri de actionare astfel incat sa fie satisfacute conditiile de tehnologicitate si economicitate

Acest lucru s-a facut pentru a obtine niste parametri de lucru cat se poate eficienti si economici

deoarece in cazul neindeplinirii uneia din conditii se pot intampla atat stagnari ale procesului

normal de foraj (uneori poate chiar si cu consecinte catastrofale) cat si pierderi financiare mari

42

3 ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ SI PREZENTAREA PARAMETRILOR SI CARACTERISTICILOR LOR

31Alegerea capului hidraulic

Fig31 Secţiune prin CH (reprezentare schematică (a) şi reprezentare constructivă (b))1 ndash corp (oală) 2 ndash bolţ 3 ndash toartă (biglu) 4 10 ndash rulment cu role cilindrice (de ghidare) 5 11 ndash garnituri de

etanşare 6 ndash rulment axial principal cu role conice 7 ndash fus 8 ndash reducţie 9 ndash rulment axial secundar cu bile 12 ndash felinar (capac) 13 ndash lulea 14 ndash piuliţă inferioară 15 ndash ţeavă de spălare 16 ndash cutie de etanşare 17 ndash etanşarea icircntre

partea superioară a ţevii de spălare şi lulea 18 ndash piuliţă superioară 19 ndash şuruburi de fixare

Capul hidraulic [1] (CH) este un utilaj care face parte din ansamblul de antrenare a GarF

El reprezinta nodul de legatura intre cele trei echipamente principale (EqPr) ale IF echipamentul

de circulatie (EqC) echipamentul de rotatie (EqR) si de manevra (EqM)

CH este suspendat in ciocul cirligului triplex cu ajutorul toartei sale La randul sau CH sustine

garnitura de foraj prin intermediul reductiei de legatura si al prajinii de antrenare De luleaua CH

se monteaza furtunul de noroi

43

Ca urmare functiunile CH sunt

1 Sustinerea GarF in timpul forajului

2 Permiterea rotatiei GarF

3 Conducerea fluidului de forajsub presiunede la FN la PA prin lulea teava de spalare

fus si RLCHin cazul circulatiei directe

Marimile fizice principale ale CH1 marimile functionale

- sarcina de lucru maxima

- turatia maxima a fusului

- presiunea maxima a fluidului de foraj

2 marimile dimensional-constructive

- diametrul interior al tevii de spalare

- tipo-dimensiulnile de legatura

3 marimile de anduranta

- sarcina limitacapacitatea in functie de rulmentul principal

- durabilitatea rulmentului principal

- durabilitatea etansarii tevii de spalare

Fig 31 Capul hidraulic (CH) montat icircn ciocul cacircrligului icircn timpul forajului

Alegerea capului hidraulic se face pe baza sarcinii maxime de lucru (FCH M

) si trebuie sa echipeze instalatia de foraj F200-2DH [1]

44

FCH M

geF M

(31)

FM =200 tf

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

(32)

Capetele hidraulice construite icircn Romacircnia sunt tipizate conform SR 5736 [66] care este

elaborat icircn concordanţă cu API Spec 8A [67] şi API Spec 8C [68]

Din tab 62 Cap 6 6 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH ndash 320 (ndash40degC) SR 5736

necesar instalaţiei de foraj alese F200

CHndash320 (ndash40degC) SR 5736 este un cap hidraulic echipat cu rulment axial-oscilant cu role

butoi cu sarcina maximă de lucru de 320tf care lucrează icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash

40degC

Conform SR 5736 acest tip de CH se caracterizează şi prin

Sarcina limită sau capacitatea maximă icircn funcţie de rulmentul principal FRLCH=147tf

pM = 35MPa nM = 300 rotmin di = 762 mm LP 4 (filetul de legătură al lulelei cu FF) 6⅝

REG LH (filetul de legătură cu RLCH)

32Alegerea ansamblului macara carlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 32 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]

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia [1]

FMC ge FCM (321)

Din tab32 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32-1250 MC -300 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii

45

Tabel 31 Caracteristicile Ansamblului Macara-Carlig

Tabelul 32 Tipurile de macarale-cacircrlig construite icircn Romacircnia şi caracteristicile lor (cf [69])

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (32)

GMC =8610t middot 981 ms2 = 84464 kN

46

UnMas F200Denumire 5-32MC-300

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300

Nr Roti manevra - 5

Diam cablului mm 32

Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140

Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in f-ie de rulmenti US tonf 347

Masa t 8610

Fig 32 Construcţia ansamblului-cacircrlig mono-bloc 1 ndash cacircrlig triplex 2 ndash bolţ 3 ndash pahar şi rulment axial 4 ndash tijă 5ndash piston 6 ndash arcuri de destindere 7 ndash piesă de legătură icircntre ansamblul cacircrligului şi macara 8 ndash axul macaralei 9 ndash role 10 ndash rulmenţii macaralei 11 ndash plăci laterale

33Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul de foraj reprezinta partea fixa a masinii macara-geamblac Se monteaza in

grupul mastului pe grinzi numite coroana geamblacului Este format dintr-un ax pe care se

monteaza un anumit numar de role (z+1) prin intermediul unor rulmenti Fiecare rola se misca

independent de celelalte (z-numarul de role de la macara) [1]

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

-geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţie romacircnească Avantajul acestui tip

constructiv este acela că este o construcţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

- 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

47

c geamblacul de foraj din două blocuri

- geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se pot roti şi interschimba asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

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

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

a geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

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

b geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

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 ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia [1]

Fig 331 Geamblac cu o roata separata

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 332

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

Alegerea geamblacului de foraj se face in functie de sarcina de lucru maxima de diametrul cablului utilizat de tipul cablului de manevra de tipul macaralei respectiv de tipul ansamblului macara-carlig

48

Pentru instalatia F200-2DH se alege unul din geamblacurile tipizate care sa indeplineasca cerintele impuse

Fig 33 2Geamblac monobloc 1 ndash suport (prin care GF se montează prin şuruburi de coroană ramă) 2ndash ax 3 ndash rolă roată 4 ndash rulment radial-axial cu role conice pe două racircnduri 5 ndash disc distanţier 6 ndash bucşă distanţieră 7 ndash ungător cu bilă (folosit pentru ungerea consistentă a rulmenţilor) (canalele de ungere sunt practicate icircn plan orizontal) 8 ndash placă de presare 9 ndash apărătoare

Pentru instalatia de foraj F 200 se va folosi un geamblac A 6 -32-1250GF-300 (-400C)(vezi [1] cap 54 tab56)adica geamblac de foraj cu 6 roţi role pe ax cu diametrul cablului de manevră de 32 mm

diametrul exterior al rolei de 1250 mm sarcina maximă de lucru 300tfşi temperatura de lucru de ndash

40degC Din tabelul 56 Cap 5 [1]se observă că acest tip de geamblac face parte din clasa

echipamentului (de manevră) 450

Tabel 33 Caracteristicile GeamblaculuiUnMas

Denumire 6-32GF-300Sarcina maxima la coroana geamblacului tf 400

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300Nr Roti manevra - 6

Diam cablului mm 32Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in functie de rulmenti US tonf 416Masa t 28

49

34Alegerea elevatorului 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

Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane de tubare (B-ElPCB) (bdquocasing slip

elevator-spiderrdquo icircn lb en) este o sculă de manevră care se foloseşte icircn timpul tubării puţurilor

atacirct pentru susţinerea coloanei de burlane (CB) ca broască cu pene aşezată pe masa rotativă

(MR) cacirct şi pentru săltarea din penele broaştei şi introducerea coloanei icircn puţ ca elevator (cu

pene) Deci aceste scule se folosesc icircn pereche icircn timpul tubării puţurilor una aşezată pe MR

susţine CB prin icircmpănare icircndeplinind funcţia de broască cu pene (vezi fig 341) iar cealaltă

care este susţinută icircn chiolbaşi avacircnd rolul de elevator (cu pene) se prinde tot prin icircmpănare pe

burlanul care s-a adăugat prin icircnşurubare la coloană saltă CB din broasca cu pene şi o susţine icircn

timpul introducerii ei icircn sondă (vezi fig 342)

Fig 342 Tragerea burlanului pe jilip cu ajutorul unui elevator de tras burlane pentru a fi icircnşurubat icircn

coloana susţinută icircn broasca cu pene

50

Fig 343 Varianta de elevator (cu pene) (cu inel ridicător) a broaştei-elevator cu pene cu două semicorpuri care este susţinută icircn ochiurile inferioare ale chiolbaşilor (11) icircn timpul introducerii coloanei de burlane (12) icircn puţul care se tubează 1 ndash corp carcasă 2 ndash umăr 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă de siguranţă 5 ndash corp de pană 6 ndash bacuri 7 ndash pacirclnie de ghidare 8 ndash cadru ridicător 9 ndash icircmpingătoare 10 ndash mecanism cu pacircrghii de ridicare

Din punct de vedere funcţional se deosebesc tipurile bull broască cu pene (BP) bull elevator cu pene (ElP)

Fig344 Broasca-elevator cu pene

51

In figura 344 este reprezentata Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane (broasca cu pene icircn partea de sus stanga elevatorul cu pene icircn partea dreapta şi vedere de sus a elevatorului cu pene icircn partea de jos) 1ndash corp 2ndash umăr braţ superior 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă (siguranţă pentru chiolbaşi) 5 ndash poartă uşă 6 ndash pene 7 ndash bacuri 8 ndash placă de sprijin (pe masa rotativă) 9 ndash guler de protecţie şi ghidare 10 ndash pacirclnie de ghidare HB ndash icircnălţimea broaştei cu pene HE ndash icircnălţimea elevatorului cu pene l ndash lăţimea broaştei-elevator

Alegerea elevatorului cu pene se face din conditiile urmatoare

FPgtFCBM

(341)

unde

FPleFBminusEl PCB

(342)

Studiind oferta companiei STEROM SA Cacircmpina conform ([1] cap 8 tab88) se alege un elevator cu pene de tipul

B-ElPCB 4frac12 ndash 13⅜ in x 350 ts (9⅝ x 275 ts x 8⅝) (ndash 45ordmC)

icircnseamnă broască-elevator destinată utilizării pentru burlane cu diametrul nominal cuprins

icircntre 4frac12 in şi 13⅜ in (inclusiv) cu sarcina nominală (sarcina maximă de lucru) de 350 ts (320tf)

echipată cu pene set de pene de 958 in cu sarcina nominală (maximă de lucru) de 275 ts (250 tf)

icircn care sunt montate bacuri de 858 in adică această broască-elevator este echipată pentru susţinerea

unei CB de 858 care determină icircn timpul manevrei ei o sarcină maximă la cacircrlig de cel mult 275ts

(250 tf) Ea este executată să lucreze icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash 45 ordmC

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

21t∙981ms2 =20601kN

35 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatorul pentru prăjini de foraj (ElPF) (bdquodrill pipe elevatorrdquo icircn lb en) este o sculă de

manevră care se foloseşte pentru susţinerea garniturii de foraj (GarF) icircn timpul extragerii şi

introducerii ei icircn sondă El prinde sub mufa PF şi este agăţat prin umerii săi icircn ochiurile

inferioare ale chiolbaşilor

ElPF se compune din

52

ndash două corpuri articulate care se icircnchid pe PF prevăzute cu cacircte un umăr cu care se suspendă icircn

ochiurile inferioare (mici) ale chiolbaşilor

ndash icircnchizatorul celor două corpuri

ndash eclise cu bolţuri prinse icircn umeri pentru asigurarea contra ieşirii chiolbaşilor

Elevatoarele se deosebesc prin forma lor modul de icircnchidere a celor două corpuri şi forma

suprafeţei de rezemare a prăjinilor

Din punctul de vedere al icircnchiderii se diferenţiază

ndash ElPF cu icircnchidere centrală (ElPFIcircC)

ndash ElPF cu icircnchidere laterală (ElPFIcircL)

După forma suprafeţei de sprijin al PF se disting

ndash ElPF cu scaun drept (ELPFSD) deci cu suprafaţă de rezemare dreaptă folosite pentru

manevrarea prăjinilor de foraj cu racorduri speciale sudate cu umăr drept (RSSUD) sau cu

racorduri icircnfiletate [1]

Fig 351 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun conic

ndash ElPF cu scaun conic (ElPFSC) care dispun de o suprafaţă de rezemare interioară tronconică cu unghiul de icircnchidere standardizat de 18deg ca şi mufele racordurilor speciale sudate cu umăr conic (RSSUC)

53

Fig 352 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun dreptElevatoarele sunt tipizate prescripţiile generale fiind prevăzute de API Spec 8A [85] şi

Spec 8C [86] Icircn fig 88 este reprezentat un ElPF cu scaun conic iar icircn fig 89 un ElPF cu scaun

drept

In figura 34 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic

Fig 34 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Alegerea elevatorului pentru prajini se face in functie de tipul prajinilor de foraj

1 Daca prajinile sunt cu recorduri speciale infiletate atunci cu scaun drept

2 Daca prajinile sunt cu racorduri speciale sudate atunci cu scaun conic

La alegerea elevatorului trebuie indeplinita conditia

FElgtFGar FMn

(sarcina normala utila de la carlig) (351)

icircn care FGar FM

este sarcina maximă care apare icircn timpul manevrării garniturii pacircnă la adacircncimea

maximă de foraj a puţului respectiv

54

Pentru că prăjinile de foraj sunt cu RSSUC si FGar FM

=122863kN conform tabelului 85

[1] cap 8 se alege un elevator cu scaun conic cu urmatoarea nominalizare

Elevator cu scaun conic 4frac12 x 1214 x 250 adica

elevator cu scaun conic cu dimensiunea nominală de 4frac12 ( pentru prăjini de foraj cu

RSSUC cu diametrul nominal de 4frac12 DPF = 4frac12) cu diametrul interior de 1214 mm (ceea ce

icircnseamnă că se utilizează pentru prăjini cu capetele fie cu II fie cu IEI (conform tabelului 85 cap

8) şi cu sarcina maximă de lucru de 250 tf cu masa mEl=1828kg conform NR 05-1018R STEROM

SA

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

ELpF= mEl middot g (253)

GEl = 1828 kg middot 981 ms2 = 18 kN

36Alegerea chiolbasilor

Chiolbaşii (Ch) (bdquothe drilling linksrdquo bdquoelevator linksrdquo icircn lb en) denumiţi şi bdquobraţele de

elevatorrdquo sunt scule de foraj care fac legătura icircntre cacircrlig şi elevator fiind utilizaţi icircn timpul

manevrei garniturii de foraj (GarF) şi coloanelor de burlane (CB)

Ei se agaţă cu ochiurile superioare de umerii cacircrligului şi susţin cu ochiurile lor inferioare

elevatorul prin umerii acestuia (vezi fig 361) Astfel sarcina datorată GarF sau CB este

preluată prin intermediul elevatorului de către Ch care o transmit cacircrligului [1]

55

Fig 361 Ansamblul format din macara-cacircrlig chiolbaşi şi elevator icircncare este susţinută garnitura de foraj icircn timpul manevrei acesteia

Din punct de vedere al sarcinii de lucru exista 3 tipuri de chiolbasi

1 Usor (sarcini mici)

2 Mediu (sarcini medii)

3 Greu (sarcini mari)

Tipul usor are forma de za alungita iar cel mediu si greu ndash de bara prevazuta la ambele capete cu

ochiuri

Chiolbasii se executa prin forjare in matrita dintr-o singura bucata de otel slab aliat de

constructii pentru a se asigura o rezistenta mare atat prin fibrajul obtinut prin procedeul tehnologic

respective cat si prin compozitie si prin TT folosit

Fig 362 Diferite tipuri de chiolbaşi

Alegerea chiolbasilor se face in functie de sarcina de lucru si de lungimea nominala

Fig 363 Tipurile de chiolbaşi şi dimensiunile lor principale a ndash chiolbaş de tipul uşor b ndash chiolbaş de tipul mediu c ndash chiolbaş de tipul greu C2 ndash raza de curbură interioară a ochiului superior G1 ndash raza de curbură interioară a ochiului

56

inferior D2 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului superior cu umărul cacircrligului H1 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului inferior cu umărul elevatorului d d1 ndash diametrul barei L ndash lungimea de lucru (dintre

punctele de sprijin pe umărul cacircrligului şi pe umărul elevatorului)

Conform normelor prevazute pentru F200-2DH se aleg chiolbasi de tip greu serie Chiolbaşi 69 x 2100 x 320

Gama de sarcini Fch = 320 tf perDimensiuni principale- d1 = 85 mm- C2 = 108 mm

- G1 =70 mm- D2 = 34 mm - H1 = 345 mm- Lungimea totala Lch = 2100 mm- Masa netă informativă mch = 247 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (36)

GCh = 247 kg middot 981 ms2 = 243 kN

37Alegerea cablului de manevra

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

1 la manevră cablul de manevră sau de foraj

2 la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcărit

3 la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancoră

4 pentru rabaterea turlei cablul de praştie

5 la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electrici

Cablurile 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

57

1 de acelaşi diametru 5 la fire2 de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 371)

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

Fig 371 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

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

1 organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)

2 metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)

3 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 ]

58

Fig 372 Cablarea a ndash icircnfăşurarea spre dreapta b ndash icircnfăşurarea spre stacircngac ndash cablarea icircn cruce stacircnga (ZS) d ndash cablarea icircn cruce dreapta (SZ)e ndash cablarea paralelă dreapta (ZZ) f ndash cablarea paralelă stacircnga (SS)

Alegerea cablului se face pe baza sarcinii sale reale minime de rupere (Srm) astfel icircncacirct să fie satisfăcută condiţia de rezistenţă (vezi [1])

Srm gecM middot FM (37)

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

CM - coeficientul de siguranţă pentru operatiile de tubare si instrumentatie care se accepta egal cu

valoarea 2 conform API Spec9B iar FM ste forta maxima din RA a infasurarii cablului Ea se

determina cu expresia[1]

(372)

in care FM este forta totala care actioneaza asupra ramurilor din cablu z ndash nr de role de la macaraηMminusG - randamentul masinii macara-geamblac la ridicareRandamentul masinii macara-geamblac la ridicare se obtine cu relatia (cf[1])

ηMminusG=β2 ∙Zminus1

2 ∙ Z ∙ β2 ∙Z ∙ ( βminus1 ) (373)

unde β este inversul randamentului unei role

β= 1ηRo

(374)

pentru care se admite valoarea β =104 conform API iar ηRo =096 (API) randament role

59

FM=FM

2sdotzsdotηM minusG

Conform tipului de ansamblu MC ales z =5 Atunci rezultă

ηMminusG =

1 04225minus12sdot5sdot1 042sdot5 (1 04minus1 )

=0 811

Forţa F M se calculează cu expresia (conform [1])

FM =F M +GoTsdot(1+

ac(M )

g )

(375)

unde FM

este sarcina maxima utila la carlig GoT - greutatea moarta la tubare g- acceleratia

gravitationala g= 981 ms2 ac(M )

- acceleratia miscarii carligului are valori cuprinse in domeniul

[0515]∙ ms2

Greutatea moartă la tubare se determină ţinacircnd cont de greutatea elementelor ansamblului

MC a chiolbaşilor (Ch) a elevatorului cu pene (ElP) şi a ramurilor de cablu dintre macara şi

geamblac

GoT =

GMC+G ch+GEl P+GCM

(376)

Deoarece la acest moment nu se cunoaşte tipodimensiunea cablului şi ca urmare masa sa unitară se face aproximaţia

GoT iquestGMC+G ch+GEl P (377)

rezulta

GOT=8446 kN+243kN+20601 kN=1075 kN

Ştiind tipul IF se determină

FM

=200tf= 200∙981 =1962kNSe accepta

ac(M )=1 m s2

si se obtine

FM =1962 kN+107 5 kNsdot(1+ 19 81 )=2080 46 kN

60

Se calculeaza

F =

2080 46 kN2sdot5sdot0 811

=256 531 kN

Se determină sarcina reală minimă de rupere necesară a cablului cu formula

Srmnec gecM middot FM (378)

c M=2 ( conform API) si rezulta

Srmnec =2∙256531kN=513062kN

Se alege un cablu Seale cu o măsură a lui Srm astfel icircncacirct să fie icircndeplinită condiţia următoare

Sr mgtSr m nec

(379)

Ca urmare din [1] tabelul 52 se constată că se poate alege

Cablu Seale 6x19-32-1570 SZ STAS1689-80

caracterizat prin

nT=6 nr toroane

n f=19=1+9+9 nr fire din fiecare torondc=32 mm diametrul nominalRm=1570 MPa rezistenta minima de rupere a sarmelorSr m=531 32 kN sarcina reala minima de rupered0=3 mm diametrul sarmelor centraled1=1 45 mm diametrul sarmelor intermediared2=26 mm diametrul sarmelor exterioarem1 C=3 89 kg m masa unitara

Tipul cablării cruce dreapta (SZ) adică sensul de icircnfăşurare a firelor icircn toron este spre stanga(S) iar sensul de icircnfăşurare a toroanelor icircn cablu este spre dreapta (Z)Sr m=531 32gtSr nec=513 062 kN

Deci conditiaSr mgtSr nec este satisfacuta

Se reia calculul pentru verificare

61

Trebuie sa recalculam FM tinand cont si de greutatea cablului GCM

GCM =2sdotzsdotlr CM(M ) sdotqc (3710)

qc - greutatea unitara a cabluluiqc =m1 Csdotg (3711)

qc =3 89 kg msdot9 81 m s2=38 161 N mlr CM(M ) =(15 m+lp )+sminuslb (3712)

lr CM(M )

=(15 m+27 m)+65 mminus9 m=26 m

in care s=65m ndash spatiu de siguranta lb=9m lungimea unui burlanlp=27m lungimea pasului

GCM=2sdot5sdot26 msdot38 161 N m=9 922 kN

GoT=107 5 kN+9 922kN=117 422kN

Pentru IF F200-2DH vom avea

F =

2091 413 kN2sdot5sdot0 811

=257 88 kN

c M=Sr m

F c M=531 32kN

257 88 kN=2 06gtc=2

Tabelul 375 Parametrii caracteristici ai cablurilor Seale 6 x 19 conform STAS 1689-80

38 Alegerea troliului de foraj

62

FN=200sdot9 81kN+117 442kN (1+ 19 81

)=2091 413kN

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

Tabelul 11 Informatii generale despre Sonda Pacurari

Tabelul 12 Programul de constructie a Sondei 7 Pacurari

J CB HCBj= LCBj

mLS

mYTj DCBj

in(mm)

Tip burlane

si IF

DMCBj

mmδCBj

mmDSPj

in(mm)

Tipul sapei IFU-C

1 CSA

525 525 015 13 38

(3397)API

S3651 39

717 12 in(4445)

M- 17 frac12

DGJ758 REG

2 CI 2660 2135 076 858

(2191)APIL

2445 254

1158

(2953)MA- 11 58

KGJ6 58 REG

3 CE 3500 840 1 5(127)

APIL

1413 151

634in(1715)

MA-634

DGJ3 frac12 REG

Tabelul 112 Programul de constructie a Sondei 7 Pacurari (continuare)

CB DimCBj-1

mmδimCBj-1

mmδCBj

mmδCBr

mmRCBj=

δ CB jDs

RCBr CSICBj CSICBr

1 CSA - - 397 35-45 00893 0080-01 02174 019-025

2 CI 3204 1255 254 25-30 00860 0060-0090 02077 0137-02203 CE 1962 123 151 10-15 00800 0060-0090 02137 0137-0220

3

1 Sonda 72 Structura geologica Pacurari

3 Caracter Exploatare petrol

4 Debit estimat cca 45 t24 h

5 Adancimea proiectata (m) 3500 m

6 Programul de tubare 1338 in x 525m 858 in x 2660m

5 in x 3500 m

7 Tipul instalatiei de foraj F-200-2DH (T(SAn))

8 Durata de realizare montare-demontare35 zile pentru foraj 4 zile pentru probe86zile foraj 6 zile probe de productie

Fig 11 Profilul Sondei 7 Pacurari

Caracterul Sondei 7 Pacurari este de exploatare a petrolului dintr-un zacamant format

din roci consolidate de tarie medii-tari (MT) 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 adancimea 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 (11) Adancimea la care se realizeaza tubarea se determina cu relatia (vezi [1])

yT j=HT j

H M (12)

icircn care HTj este adacircncimea de tubare a coloanei de ordinul j HM -adacircncimea maximă (finală) a sondei

HTj =yTj middot HM (13) HCB1 = 015 middot 3500 m= 525 m HCB2 = 076 middot 3500 m = 2660m

4

HBC3 = 1 middot 3500 m= 3500 m

Astfel datele obtinute sunt inscrise in tabelul 12

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

Ls=Lsj=ΔHCBj=HCBj-HCBj-1 j = l2nCB (14)

Diametrul nominal al CB (DCB) este diametrul 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 plecand de la masura

impusa diametrului CE si folosind relatiile si consideratiile prezentate in [1]capitolul 1 (vezi

subcapitolul 13 Elaborarea programului de tubare)

In tabelul 12 sunt concentrate aceste valori exprimate atat in inch cat 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 CE

Masura diametrului mufei pentru fiecare coloana se preia din STAS 875-86 tabel 13

Spatiul inelar pentru fiecare CB δCBJ se calculeaza cu expresia de definitie( vezi [1])

δCBj=05 ∙(DSPj-DMCBj) (14a)

δCBj este jocul dintre peretele găurii forate şi mufa burlanelor consideracircnd o aşezare

concentrică a CB faţă de gaură

Valorile determinate prin calcul se compara cu masurile recomandate si anume δCBr

Se 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 (diametrul interior minim al CBj) 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(vezi [1])

δimCBj-1=05 ∙(DimCBj-1-DSPj) (14b)

in care

δimCBj este jocul interior minim al CBj RCBr- raţia spaţiului inelar

CSICBr este coeficientul de spaţiu inelar

5

O altă mărime prin care se apreciază reuşita operaţiilor de tubare a puţului şi de cimentare a coloanei de burlane este coeficientul de spaţiu inelar definit icircn felul următor (vezi [1])

CSI CB=2 ∙ δCB

DM CB

(15)

Raţia spaţiului inelar (RCBj) se determină cu relaţia sa de definiţie (vezi [1])

RCB j=δCB j

D S

(16)

Conditiile de foraj pentru sonda studiata sunt normale

Tabel 13Măsurile diametrului exterior al mufei(DMCB) pentru burlanele cu filete S L şi B

6

12 Determinarea profilurilor coloanelor de burlane si a greutatii fiecarei coloane

Determinarea profilului unei coloane de burlane de ordinul j (CBj) (vezi [1] aplicatia 3) 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 (qBi i = 1 2 ntj)

Stabilirea structuriicomponentei CB se face in functie de solicitarile burlanelor de la adancimea la care acestea sunt amplasate in cadrul coloanei

Se 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 foraj (pef)

Se determina profilulstrucura fiecarei CB care echipeaza Sonda 7 Pacurari ajutorul diagramelor de tubare

Diagrama de tubare este o reprezentare a pozitiei fiecarui tronson de burlane impreuna cu caracteristicile sale (lBi sBi CBi) in cadrul CB in functie de adancimea 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) calculata la cele doua actiuni principale (Ga si pef) considerand o anumita masura a densitatii fluidului de foraj si anumite valori ale coeficientilor de siguranta la turtire si la smulgerea din filet (conform fig 11)Pentru adancimea de introducere a coloanei de ordinul j (adancimea de tubare a putului de ordinul j HTI) se traseaza o iinie verticala pana 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 verticala trasata astfel trece prin mai multe domenii fiecare dintre acestea apartinand 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 SBIsi 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 (121)

Astfel sunt puse in evidenta numarul de trosoane de burlane din care este alcatuita

coloana respectiva de ordinul j (ntj) si de asemenea pozitia (Li-1 si Li) si caracteristicile fiecarui

tronson de burlane (lBi sBi CBi) Datele obtinute in acest fel sunt concentrate intr-un tabel

7

Cunoscand 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 (122)

Apoi se determina greutatea fiecarui tronson de burlane

GBi=qBi∙lBi i=1 2 ntj (123)

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

GCBj= sumi=1

nt j

G B i (124)

8

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

9

Fig 122Determinarea profiluluistructurii CE de 5 in cu filet L din componenta Sondei 7 cu ajutorul diagramei de tubare a accstui tip de coloana

Tabelul 122 Caracteristicile coloanei de exploatare (CE) de 5rsquorsquo cu filet L

CB3=CE DCE=5 in tip IF-APIL HT3=3500 ρf=1500 kgm3 nT3=7

i 1 2 3 4 5 6 7Li-1 m 0 120 625 1025 1060 1650 2550Li m 120 625 1025 1060 1650 2550 3500

lBI m 120 505 400 35 590 900 950

CBI P110 N80 J55 J55 J55 N80 P110

10

SBi m 752 752 752 643 752 752 752

m1Bi kgm 2234 2234 2234 1936 2234 2234 2234

qBi Nm 219155 219155 219155 189921 219155 219155 219155

GBi kN 26298 110673 87662 6647 85470 19724 208197

GCB3 kN 722187

undentj reprezinta numarul de tronsoane de burlane lBi ndash lungimea fiecarui tronson de burlane

NBi ndash numarul de burlane din fiecare tronson CBi ndash clasa de rezistenta a otelului din care se

confectioneaza burlanele din fiecare tronson sBi ndash grosimea de perete a corpului burlanului din

fiecare tronson m1Bi qBi ndash masagreutatea unitara a burlanelor carecompun fiecare tronson

Fig 122Determinarea profiluluistructurii CB de 858 in cu filet L din componenta Sondei 7

Tabelul 123 Caracteristicile CI de 858 cu filet L

CB2=CI DCI= 858in tip IF-APIL HT =2660 ρf=125tm3 nT2=6

11

i 1 2 3 4 5 6Li-1 m 0 255 580 1040 1560 1955Li m 255 580 1040 1560 1955 2660lBI m 255 325 460 520 395 705CBI N80 J55 J55 J55 N80 N80

SBi m 1016 1016 894 1016 1016 1143m1Bi kgm 5362 5362 4766 5362 5362 5958

qBi Nm 526012 526012 467544 526012 526012 584479GBi kN 134133 170954 215070 273526 207774 412059

GCB3 kN 1413516Greutatea aparentă a CB (GaCB3 equiv GaCE) este greutatea acesteia icircn fluidul de foraj din puţul icircn care se introduce şi se determină cu formula (vezi[1])

Ga CE=GCE ∙(1minus ρ f

ρo) (125)

Rezulta

Ga CE=1413516 kN ∙(1minus125785 )=1188433kN

Se calculează greutatea coloanelor de burlane maximă cu relaţia următoare

GCBM = max (GCI GCE) (126)

GCBM = max (1413516kN 722187kN) = 1413516 kN

13Alegerea sapei pentru forajul putului de exploatare (vezi aplicatia 2)

Conform datelor obtinute in paragrafele 11 si 12 s-au 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 TEE 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 incat 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) asigurand un joc interior minirn (δimCBj-1)

12

Fig 114 Sapă cu role-con cu dantură cu dinţi frezaţi executaţi din corpul rolei

1ndash falcă 2ndash con cu dantură cu dinţi din oţel 3 ndash contracon4 ndash dispozitiv de spălare exterioară cu jet (cu duză)

5 ndash cep cu filet conic 6 ndash umărul cepului (icircmbinării filetate)

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 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 conform codificaţiei specifice

Din tabelul 1 [3] (aplicatia 1) se alege diametrul mufei coloanei de exploatare DMCE

corespunzătoare diametrului nominal al coloanei de exploatare DCE STAS 875 - 86 tab 6 icircn funcţie de tipul filetului

DMCE=1413 mm

Ca urmare se alege o sapă cu trei role pentru roci medii-abrazive (MA) Această sapă trebuie să foreze o gaură care să fie tubată cu o coloană de 5 in = 127 mm Pentru reuşita operaţiei de cimentare se recomandă (conform [11] tabelul 11) un spaţiu inelar cu măsura

δCEr = 15 mm

Se calculează diametrul sapei Ds cu următoarea relaţie

(131)

Conform [1] δCE se poate aprecia cu expresia de forma

δCEcong 012 ∙ DCE

(132)

si se obtine

13

δCEcong 012 ∙ 127 mm=1524 mmcong 15 mm

Se constată că cele două măsuri sunt apropiate Atunci folosind expresia

DS PE=iquestD M CE+2 ∙δCE riquest

(133)

rezulta

DS PE=iquest1413 mm+2 ∙15 mm=1713mmiquest

Dar sapa trebuie să treacă prin interiorul coloanei anterioare de 8⅝Prime (2191 mm) Această

coloană fiind introdusă la adacircncimea de 2660 m rezultă din diagrama de tubare că ultimul său

tronson trebuie să fie alcătuit din burlane cu grosimea maximă de perete de 1143 mm Deci

diametrul interior minim al coloanei intermediare de 8⅝Prime calculat cu relaţia

Di m CI ( I )=iquest D CI( I)minus2 ∙S BM iquest (134)

are măsura

Di m CI ( I )=2191 mmminus2 ∙1143 mm=1962 mm

Folosind tabelul 4 se observă că se poate alege o sapă cu diametrul nominal de 6frac34Prime (1715 mm) cu ajutorul căreia se realizează spaţiul inelar cu măsura recomandată respectiv

δCE=05 ∙ (1715 mmminus1413 mm )=151mm

şi care poate trece prin tronsonul cu diametrul interior minim al CI(I) jocul interior minim

determinat cu relaţia (cf [11])

δ i m CI ( I )=05∙ (Di m CI (I )minusDS PE ) (135)

δ i m CI ( I )=05∙ (1962 mmminus1715 mm )=123 mm

Icircn continuare se alege varianta constructivă de sapă MA- 634 DGJ cu diametrul de 6frac34Prime necesară pentru roci MA Adică o sapă cu dinţi din oţel avacircnd contraconul icircntărit şi prin ştifturi din carburi metalice sinterizate (D) cu lagăre cu alunecare etanşe (G) şi cu spălare exterioară cu fluid de foraj (cu jet) (J)

14

14 Alegerea 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 adancime (AnAd) al GarF

Exista doua variante de executie a PG(vezi [3]aplicatia 4)

1 forjate cu tratament termic de imbunatatire pe toata lungimea2 laminate (din tevi cu pereti grosi) cu tratament termic de normalizare si о imbunatatire

la capetePG se realizeaza in urmatoarele forme constructive

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

Fig 141Prajini grele circulare (PGC)

Tabelul 143 Alegerea diametrului nominal al PG (DPG) icircn funcţie de diametrul sapei

(DS)

Ds mm

1365divide1411

1492divide1615

1615divide1715

2127divide2286

2444divide2508

2695 295 3112 3492 ge3747

DPG mm

114(108)

121divide139

(114divide

133divide146

(121divide

187(159)

203(178)

229(203)

245(219)

245(229)

254(229)

273(254)

15

121) 133)

Alegerea PG inseamna determinarea masurilor urmatoarelor marimi

1 diametrul nominal (DPG)2 diametrul interior (DPGi)3 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 avand 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 cat mai mare a diametrului nominal

2 asigurarea unui spatiu inelar (SI) intre peretele putului si PG cu omasura cat mai mare

pentru ca pierderea de presiune (ΔpSIPG) rezultata la curgerea fiuidului de foraj sa fie cat

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 implicand o masura cat mai mica a diametrului nominal

Pe baza unor cercetari experimentale (cf [2]) efectuate in conditii de santier privind viteza medie

de avansare a sapei (vAv) si timpul de prindere in teren a GarF pentru fiecare sonda (tPrSd) in

functie de raportul D2PG D2

S s-a constatat ca exista un domeniu optim de valori pentru acest

raport

D2PG D2

S =[06 07]

Fig 142Viteza 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 foraj

16

Icircn funcţie de valoarea raportului DPGDS se clasifică (cf [6]) PG şi tipurile de formaţiuni icircn care

se recomandă să se foreze (vezi tabelul 142)

Tabelul 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

Pentru alegerea PGC se recomanda relatia empirica[6]

DPG=DS-25 (142)Pentru forajul putului de exploatare al Sondei 7 se considera ca nu exista pericol de

prindere in formatiunea geologica traversata prin foraj pana la adancimea finala

Avand in vedere tipul de formatiune precizat mai sus conform tabelului 2 se alege PG

supradimensionata cu DPG DS= 089

DPG= 1715mm ndash 25mm =1465mm

Din tabelul 143 conform [6] se alege DPG= 146mm Din tabelul 1 (vezi aplicatia 4) se

alege măsura standardizată a diametrului nominal cea mai apropiată de măsurile rezultate anterior

adică DPG = 1524 mm pentru care exista DPGi isin572 715]mm cu m1PGisin 1234 1115 kgm

Rezultă DPGDS = 08886 089cong

ceea ce este icircn acord cu tipul de PG supradimensionată recomandată pentru formaţiunile

fără pericol de prindere

Se calculeaza greutatea unitara

qPG=m1PG ∙ g (143)

unde

DPGi este diametrul interior prajini grele

- pentru DPGi= 572 mm

q=1234kgm

∙ 981ms=1210554

Nm

=1211kN m

unde g este acceleratia de cadere libera g=981 ms2

- pentru DPGi= 715 mm

q=1115kgm

∙ 981m

s2=1093815

Nm

=1094 kN m

17

Se calculeaza coeficientul pierderii de presiune din interiorul PG cu formula

α PGi=

8π 2

sdotλPG i

DPG i5

in care

(144)

λPGi reprezinta coeficientul de rezistenta hidraulica liniara si are o valoare constanta si anume (conform [1])

λPGi=002

- pentru DPGi= 572 mm

α PGi=

8π 2

sdot 0 02

(5 72sdot10minus2 )5 m5= 8

π2sdot2sdot10minus2sdot1010

5 725 m5= 8

π2sdot20000sdot104

5 725 m5=26475sdot104 mminus5

- pentru DPGi= 715 mm

α PGi=

8π 2

sdot 0 02

(7 15sdot10minus2)5 m5= 8

π2sdot2sdot10minus2sdot1010

7 155 m5= 8

π 2sdot20000sdot104

7 155 m5=0 8675sdot104 mminus5

Daca se alege masura mai mica a diametrului interior atunci lungimea AnAd va fi mai mica

dar fara sa se evite fenomenul de flambaj deoarece aceasta lungime este mai mare decat 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 alege PG cuDPG= 6 in= 1524 mm DPgi = 2 1316 in= 715 mm IFU de tipulNC 44 m1PG = 1115 kgm

Mir=244kNm (momentul de insurubare recomandat) i=W M

( lC)

W C(1905 )=284

Se observa ca i=284gtiopt= 25 ceea ce inseamna ca imbinarea filetata cu umar a PG asigura o rezistenta mare la oboseala in sectiunile sale critice (Vezi [1])

14Verificarea la flambaj a ansamblului de prajini grele

141 Determinarea lungimii ansamblului de adancime

Pe baza datelor obtinute anterior se calculeaza lungimea ansamblului de PG (LAnAd) cu formula (vezi [1])

18

LAn Ad=FS

c L ∙qPG ∙(1minusρf

ρo)∙ (cosθminusμa sinθ)

(151)undeFS este forta de apasare pe sapa ρ f -densitatea fluidului de foraj(150tm3) ρ odensitatea otelului(785tm3) LAnPG este lungimea ansamblului de prăjini grele in m

qPG ndash greutatea unitara a PG CL ndash coeficientul lungime Fs ndash forta de apasare pe sapa Ө - unghiul mediu de deviere al sondei fata de vertical g ndash acceleraţia gravitaţională in ms Densitatea fluidului de foraj se poate aprecia cu expresia empirică(cf [8])

ρ f=125+025∙ ln (H ∙10minus3) (152)

ρ f=[125+025∙ ln (35 ∙ 103 ∙10minus3 ) ] t

m3=1563 t m3

Din conditiile tehnologice se alege ρf =15 tm3 (vezi Ap 1)Se calculeaza greutatea unitara a PG

qPG=m1 PGsdotg (153)

qPG=1115kgm

∙981m

s2=109382

Nmcong 1094

kNm

Se calculează forţa de apăsare pe sapă (cf [8])

FS=(03+7 5sdot10minus5sdotH )sdotDS

(154)

FS=(03+75 ∙ 10minus5 ∙35 ∙103)∙ 1715 kN= 9647 kN

Se calculeaza lungimea ansamblului de PG cu expresia (151)

LAn PG=9647 kN

0 85sdot1 094 kN msdot(1minus 157 85 )sdot(cos 30minus03sdotsin 30)

=130 475 m

Өiquest30

Se determina numarul de PG cu relatia

nPG=L An PG

lPG (155)

Unde lPG reprezinta lungimea unei prajini grele Daca se admite pentru lPG

19

masura normala care este egala cu 9m atunci se obtine

nPG=130 475m9 m

=14 49≃15

Se alege nPG=15 si se recalculeaza LAnPG

LAn PG=15sdot9m=135 mSe recalculeaza coeficientul de lungime al AnPG

c L=96 47 kN

135 msdot1 094kNm

sdot(1minus 157 85 )sdot(cos 30minus03sdotsin 30)

=0 821

si se constata ca valoarea lui se gaseste in domeniul recomandat adica [070 085]

142 Verificarea la flambaj a AnPG (vezi [3] aplicatia5)

Lungimea supusa la compresiune a AnPG este c LsdotLAn PG=0 821sdot135=110 835 m (156)

Se calculeaza lungimea critica de flambaj a AnPG(vezi [1])

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 PGExpresia de sub radical adică

(158)

se numeşte (conform lui N Pacircrvulescu) volum de rigiditate la gravitatie deoarece are dimensiunea unui volum si exprima un caracter de rigiditate al PG

Momentul geometric axial se calculeaza cu formula

I PG= π64

sdot( DPG4 minusDPG i

4 ) (159)

I PG= π64

sdot(15 244minus7 154) cm4=2520 375 cm4≃2 5203sdot10minus5 m4

20

Greutatea unitara aparenta a PG se determina cu formula

qa PG=qPGsdot(1minusρf

ρo) (1510)

Se obtine

qa PG=1 094kNm

sdot(1minus 157 85 )=0 885

kNm

Măsura volumului de rigiditate la gravitaţie al PG este

V PG=21∙ 1011 N

m2∙ 2520375 ∙10minus5 m4

0885∙ 103 Nm

=5981∙ 103 m3

Rezultă imediat măsura lungimii critice de flambaj a AnPG

LAn PG cr=17∙3radic5981∙103 m3=3085 mcong 31 m

Comparand aceasta masura a lungimii critice de flambaj a AnPG cu aceea a lungimii

portiunii din AnPG supuse la compresiune se constata

c LsdotLAn PG=110 835 mgtLAn PG cr=31 m

Ceea ce inseamna ca AnPG flambeaza sub actiunea fortei de apasare pe sapa Avand 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 corector-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 prajinile grele al doilea

al treilea si respectiv al patrulea stabilizator (vezi cap 1fig124 f)

21

Fig 143 Alcătuirea ansamblului de adacircncime al garniturii de foraj

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

Alegerea prajinilor de foraj (vezi Apl 6)Prăjinile de foraj (PF) sunt fabricate din ţevi de oţel laminate la cald icircngroşate la capete Se execută următoarele tipuri de PF [6] ndash PF cu racorduri speciale sudate (prin presiune de contact) (PFRSS) ndash PF cu racorduri speciale filetate (PFRSF)

PFRSS se realizează icircn conformitate cu STAS 80371-80 (bdquoPrăjini de foraj pentru racorduri sudate Clasele de rezistenţă D E şi G-105 Dimensiunirdquo) şi conform normei API 5A ndash pentru PF din clasele de rezistenţă D şi E ndash şi normei API 5AX ndash pentru PF din clasele de rezistenţă X-95 G-105 şi S-135 După forma icircngroşării capetelor PFRSS se execută icircn trei variante (vezi fig 161)

ndash PF cu capete icircngroşate la interior (II) (sau IU ndash Internal Upset conform API) ndash PF cu capete icircngroşate la exterior (IE) (sau EU ndash External Upset conform API) ndash PF cu capete icircngroşate la exterior şi la interior (IEI) (sau IEU ndash Internal- External Upset conform API)

22

Fig 161 Prăjini de foraj cu racorduri speciale sudate (PFRSS) [1] a ndash varianta II (cu capetele icircngroşate la interior) respectiv IU (Internal Upset) conform API b ndash varianta IE (cu capetele icircngroşate la exterior) respectiv EU (External Upset) conform API c ndash varianta IEI (cu capetele icircngroşate la exterior şi la interior) respectiv IEU (Internal-External Upset) conform API

Alte tipuri de PF sunt ndash PF cu perete gros ( Thick Wall Drill-Pipe icircn lb en) ndash PF cu grosimea de perete variabilă ndash PF cu racorduri speciale sudate cu canale elicoidale şi cu perete gros

Racordurile speciale pentru sudare (RSS) de la PF cu II IE şi IEI au tipodimensiunile şi

condiţiile tehnice reglementate icircn STAS 75701-80 (bdquoRacorduri speciale pentru sudare prin contact

la prăjini de foraj din clasele de rezistenţă D şi Erdquo) icircn norma API Spec 7 şi de asemenea icircn

normele interne ale firmelor constructoare RSS se execută icircn două variante constructive (fig

162)

ndash varianta A RSS cu scaun conic

ndash varianta B RSS cu scaun drept

23

Fig 162 Racorduri speciale pentru sudare (RSS) la prăjini de foraj [2] varianta A (cu scaun conic) varianta B (cu scaun drept)

Normele API Spec 7 prevăd RS şi pentru PF confecţionate din oţeluri din clasele de rezistenţă

superioare X-95 G-105 şi S-135

RSS sunt prevăzute cu icircmbinări filetate cu umăr (IcircFU) standardizate icircn STAS 8351-80

Alegerea prăjinilor de foraj

A alege prăjinile de foraj (PF) icircnseamnă a stabili ndash tipul PF

ndash diametrul nominal (DPF) şi grosimea de perete (sPF)

ndash clasa (gradul) de rezistenţă ndash clasa de uzură

ndash intervalul de măsuri ale lungimii

Criteriile pe baza cărora se face alegerea PF sunt următoarele

1) rezistenţă maximă la solicitările statice şi variabile care se asigură prin alegerea

corespunzătoare a tipului de PF a clasei de rezistenţă şi a celei de uzură a PF a intervalului de

măsuri ale lungimii PF şi a unei măsuri a grosimii de perete cacirct mai mari

2) rezistenţă maximă la acţiunea mediului coroziv care impune alegerea corespunzătoare a oţelului

şi dacă este cazul alegerea PF cu acoperiri speciale anticorozive şi de asemenea a unei măsuri a

grosimii de perete cacirct mai mari

3) energie minimă consumată icircn timpul forajului care icircnseamnă

a) energie mecanică de rotaţie minimă care se asigură prin alegerea unor măsuri ale

diametrului nominal şi grosimii de perete cacirct mai mici 24

b) energie hidraulică minimă (consumată prin circulaţia fluidului de foraj)ceea ce

presupune o pierdere de presiune minimă la curgerea fluidului de foraj prin interiorul PF care

determină alegerea unei măsuri cacirct mai mici a grosimii de perete

4) energie minimă consumată icircn timpul manevrei GarF ceea ce presupune alegerea PF cu măsura

minimă a masei unitare

Diametrul nominal al PF reprezinta diametrul exterior al corpului PF DPF=DPFe (161)

Diametrul nominal al PF se determina in functie de Dsmasurile orientative fiind date in tabelul de mai jos

Ds mm 150170 150200 175225 200250 225300 gt250DPF mm(in) 889(3 frac12) 1016(4) 1143(4 frac12) 127(5) 1397(5 frac12) 1683(658)

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

Pentru diametrul sapei de foraj determinat icircn subcapitolul anterior Ds= 1715 mm = 634rdquo se alege diametrul nominal al prăjinii de foraj DPF =4 frac12rdquo = 1143 mm

Din STAS 8037 ndash 88 (vezi aplicatia 5 tabelul 1) se alege diametrul nominal standardizat 412rdquo E 75 cu urmatoarele caracteristici

- masa cu racorduri m1PF= 33 Kgm

- grosimea peretelui s= 1092 mm

- diametrul interior DPfi= 9246=925 mm

- aria prăjinii de foraj A= 3547 mm2

- modulul de rezistentă WP= 10583 cm3

- tipul icircngroşării EU

- gradul de rezistenta E 75

- presiunea exterioara limita pel= 894 bar= 894MPa

- presiunea interioara limita pil= 865 bar =865MPa

- forţa de tracţiune limita FtcL= 1834 kN

- momentul de torsiune limita MtLPF= 5003 kNm

- tipodimensiunea IFU a RSS NC46 (4IF)

Solicitari care duc la limita de curgere a RSS

- momentul de insurubare limita dpdv al curgerii materialului RSS

25

M i RS L=53 69 kNm

FtRSL = 4 664 kN (forţa de tracţiune limită dpdv al curgerii materialului RSS)

- momentul de insurubare recomandatM i r=27 3 kNm

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)

Se obtine

APF=π4sdot(114 32 mmminus92 462 mm)=3547 mm2

Se determina modulul de rezistenta polar al sectiunii transversale a corpului PF cu formula

W p=I p

DPF

2

(162)

unde I p este momentul geometric polar al sectiunii transversale a corpului PF

I p=π32

∙( DPF4 minusDPFi

4 )= π32

∙ DPF4 ∙[1minus( DPFi

DPF)

4] (163)

I p=π

32sdot114 34 mmsdot[1minus(925 mm

114 3 mm )4 ]=9569240 653 mm4=956 924 mm3

deci

W p=π

16sdotDPF

3 sdot[1minus( DPF i

DPF)

4]

(164)

Rezulta

W p=π

16sdot114 33sdot[1minus(92 5

114 3 )4]=167658 175 mm3

Calculul tensiunii de tractiune

σ tcl=F tcl

APF

(165)

26

σ tcl=1834 kN

3547 mm2 =1834 ∙ 103 N3547 mm2 =517056 ∙106 Pa

Aceasta tensiune arata limita de curgere minima conform tabelului cu caracteristicile

mecanice ale prajinilor de foraj pentru clasa de rezistenta E75 (vezi aplicatia 6) Limita de curgere

trebuie sa se situeze in intervalul 517hellip724 In cazul nostrum limita este 517 MPa care se

incadreaza intre valorile recomandate

-calculul tensiunii tangentiale τ=G∙θ ∙ r (166)

θ=M t

G ∙ I p

(16 7)

Unde G este modulul de elasticitate transversal al materialului din care se confectioneaza PFPentru otel G= 81010 Paθ- torsiunea specificar- raza punctului considerat din sectiunea transversala a corpului PF

θ= 5003∙ 103 Nm8 ∙ 1010 N m2 ∙ 0956∙ 10minus5m4 =653 ∙ 10minus2 1

m

τ=8 ∙1010 N

m2∙ 653 ∙ 10minus2 mminus1∙ 5785∙ 10minus2m=29855106

N

m2

Aceasta tensiune reprezinta tensiunea tangentiala de curgere

Lungimea ansamblului superior utilizat pentru forajul putului de exploatare se determina cu

expresia

LAn S=H MminusLAn PG (168) LAn S=3500 mminus162 m=3338 m

Se calculeaza numarul de PF

nPF=

LAn S

lPF (169)Considerand ca lungimea unei prajini este cea normala adica 9m se obtine

nPF=3338

9=37088

Se alege nPF=371 si se recalculeaza lungimea AnS

LAnS=371∙9m=3339 m

27

17Alegerea 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

garnitura stanga) [1]

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 masa rotativă 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 (658 REG) in timpul forajului după tubarea unei coloane de burlane prăjina

de antrenare trebuie uneori schimbată ndash diametrul cepului 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 de lucru 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 [1]

28

Fig 171 Prăjina de antrenare forjată a ndash pătrată b ndash hexagonală

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

Alegerea 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-cep

Se prefera alegerea unei prajini de antrenare forjate deoarece nu necesita reductii de legatura

proprii asa cum este cazul prajinii laminate

29

Fig172 Reducţii de legătură icircntre prăjina de antrenare (PA) şi racordul special (RS) denumite RLRS a ndash

reducţie dreaptă (pentru icircmbinări filetate cu aceleaşi dimensiuni) b ndash reducţie icircn trepte (pentru icircmbinări filetate cu

dimensiuni diferite)

Se alege o prajina de antrenare forjata patrata avand elementul de imbinare superioara de

tipul mufa cu filet stanga de tipul 658 REG pentru asamblarea cu reductie cap hidraulic(RLCH)

Pentru ansamblul superior al garniturii de foraj s-a stabilit ca se iau prajini de foraj de 4 12 in cu

racorduri speciale sudare(RSS) cu IEI si tipodimensiunea IFU NC 46

Ca urmare conform tabelului 1 aplicatia 7 se alege prajina de antrenare in varianta

constructiva 1(standard) cu dimensiunea nominala de 4 frac14 in Se foloseste o RLPA dreapta de

tipul mufa(NC46)-cep(NC46) ca in figura 172 a

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 infDPA

mm(in)DPAi mm

a mm

lPA m

mPAkg

1cep

6 58 REGmufăNC46

mufă6 58

REG

cepNC46

A (dreapta) NC46-NC46

108(4 14)

714 108 12192 800

30

18 Alegerea tipului de instalatie de foraj

Instalaţia de foraj reprezintă totalitatea maşinilor utilajelor si instalaţiilor necesare săpării unei sonde

Studiul pe sisteme al instalaţiilor de foraj corespunde principalelor operaţii care se efectuează

pentru forarea unei sonde precum si principalelor grupe de maşini si utilaje care intra in

componenta acestor instalaţii

Sistemele de lucru ale unei instalaţii de foraj sunt

1 Sistemul de manevra mdash SM- cu ajutorul căruia se realizează ridicarea si coboracircrea

sarcinilor

2 Sistemul de circulaţie - SC - care asigura circulaţia fluidului de foraj

3 Sistemul de rotire - SR - care realizează rotirea garniturii de prăjini in timpul forajului

In cazul instalaţiilor de foraj transportabile apare si sistemul de transport

Pentru asigurarea condiţiilor de funcţionare a sistemelor de lucru instalaţia de foraj mai

cuprinde sistemul de comenzi instalaţia de preparare si curăţare a fluidului de foraj dispozitive

de mecanizare si automatizare ansamblul de scule materialul tubular [1]

Alegerea instalaţiei de foraj se face pe baza sarcinii maxime utile (sarcinii maxime de lucru) FM (V APLICATIA 9)

In aplicatiile anterioare s-au determinat greutatile fiecarei coloane de burlane si anume

GCI(I)= 1413516 kN GCE= 722187kN

Rezulta ca cea mai grea CB GCBM=max GCI(I) GCE=1413516 kN

S-au ales pentru forajul putului de exploatare prajini grele cu DPG=6 in=1524 mm

DPGi=2 1316 in= 715 mm m1PG = 1115 kgm qPG=1094kNm LAnPG=135 m

Se determina greutatea AnPG

GAn PG=qPGsdotL An PG

(181)

si se obtine

GAnPG=1094kNm135m=14769kN

Greutatea unitara a PFse calculeaza folosind formula

qPF=m1 PFsdotg (182)

qPF=33kgm

sdot9 81m

s2=323 73

Nm

31

Greutatea AnS va fi

GAn S=qPFsdotLAn S (183)

GAn S=323 73Nm

sdot3 339sdot103 m=1080 934kN

Greutatea GarF se obtine insumand greutatea AnPG si greutatea AnS

GGar F=GAn PG+GAn S (184)

Se obtine

GGar F=147 69 kN+1080 934 kN=1228 624 kN

Se considera ca cea mai grea GarF este garnitura utilizata pentru forajul putului de exploatare

GGar F M=1228 624 kN

Alegerea IF se face pe baza sarcinii nominale de la carlig si a tipului de actionare

FM =max FM T FM D (185)

Sarcina maxima utila de tubare se calculeaza cu formula[1]

FM T

=GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+(1+kmf( M ) )sdot

ac

( M )

g ] (186)

in care

k r(M )estecoeficientul fortei de frecare la ridicarea coloanei de burlane intre peretele putului si

fluidul de foraj k mf(M )minusiquestcoeficientul de masa al fluidului de foraj din interiorul coloanei aderent la

coloana ac(M )- acceleratia miscarii carligului in cazul ridicarii sarcinii normale

kDij- coeficientul diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

ρ0 ndashdensitatea otelului din care sunt confectionate burlanele

ρf -densitatea fluidului de foraj

Coloana fiind considerată plină cu fluid de foraj cu aceeaşi măsură a densităţii ca şi aceea

din interiorul puţului forat coeficientul k mf(M ) se determină cu formula [1]

k m f=ρf

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1] (187)

unde DCB este diametrul nominal al CB GCBM ndash greutatea celei mai grele coloane de burlane Sfa- grosimea startului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al coloanei de burlane

32

LCB ndash lungimea CB lj ndash lungimea tronsonului de ordinul j kDij ndash coef diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

K Dij=Dibj

DCB

(188)

Pentru CI(I) de 858in vom avea

DCI(I)=858in= 2191 mmntCI(I)=6

sB jisin 10 16 10 16 8 94 10 16 10 16 11 43 mmDi B jisin 198 8 198 8 2012 198 8198 8 196 8 mm

k Di jisin 0 907 0 907 0 918 0 907 0 907 0 898 l jisin 255 325 460 520 395 705 m

LCI(I)=HCI(I)=2660m

=125tm3

sf a=0 653 mm grosimea stratului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al CB

iquestsumj=1

6

(1minusk Di j2 )sdotl j=

(1-09072)sdot255+(1minus09072 )sdot325+(1-09182 )sdot460+ (1minus09072 )sdot52 0++ (1-09072)sdot39 5+(1minus0 8982)sdot705=473 972 m

Se admite

k r(M )=02

si ac

(lt M )=1 ms2 Se obţine

Sarcina maxima utila la tubare

FM T =1413 516 kN sdot[(1minus1 25 t m3

7 85 t m3 )sdot(1+02 )+ (1+0 745 )sdot 19 81 ]=1677 556 kN

Sarcina maxima utila de degajare a celei mai grele garnituri de foraj se determina cu relatia[1]

FM D =GGar F Msdot(1minus ρ f

ρo)+FD M

FD M este forta de degajare maxima FD M =300kN

33

k m f(M )=

ρ f

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

5

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1]=

Măsura lui FDM se apreciază icircn funcţie de măsura lui HM conform tabelului 1 aplicatia 9

FM D =1228 624 kNsdot(1minus1 25 t m3

7 85 t m3)+300 kN=1332 983

kN

Conform rezultatelor de mai sus se obtineFM

=max 1677 556 1332983 kN=1677 556 kN 9 81≃171 0047 tf

Ca urmare se poate alege o IF transportabilă pe cale terestră pe subansamble (SAn) din clasa F 200 (vezi [1])

Tipul acţionării se alege icircn funcţie de posibilitatea de alimentare cu energie electrică a IF icircn

zona de amplasare de instalaţiile aflate icircn dotarea firmei de foraj şi de costul comparativ al

combustibilului şi al energiei electrice din perioada cacircnd o să lucreze instalaţia icircn situaţia icircn care

firma dispune de instalaţii cu acţionări neautonome sau autonome

Se admite că situaţia din zona de amplasament a IF impune o acţionare de tipul DH Avacircnd

icircn vedere acest lucru rezultă că se poate alege o IF de tipul

F-200-2DH (T(SAn))

19 Concluzii

Pe baza datelor luate din materialul didactic si standardele nationale cat si internationale s-a

facut un calcul teoretic de alegere al instalatiei de foraj Luand in consideratie ca mediul real poate

aduce un aport negativ asupra calculelor teoretice in rezultatele prezentate mai sus s-au luat niste

coeficienti de siguranta care sa acopere riscurile posibile totodata s-a constatat ca desi pentru

Sonda 7 Pacurari este necesara o instalatie mai mica decat cea aleasa am fost nevoit sa aleg anume

F200-2DH deoarece conditiile tehnico-economice presupun utilizarea tipului utilajului folosit deja

in industria petroliera si standardizat conform normelor STAS si API

2 PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

21 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

34

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

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 arborele 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 [1]

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 MBM 820 cu supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului DH de tipul GF-820+CHC-750-2 sunt

prezentate icircn fig 21 Se analizează dependenţele funcţionale reprezentate de aceste curbe (vezi

aplicatia 13)

35

Fig 2 1 Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului de acţionare de tipul DHformat din GF 820 şi CHC-750-2 pentru reglarea motorului diesel la sarcină plină

şi funcţionarea lui cu gradul maxim de accelerare (la care puterea maximă amotorului este puterea nominală Pn) şi funcţionarea lui cu gradul maxim deaccelerare MI MII ndash momentul dezvoltat la arborele primar (I) respectiv laarborele secundar (II) al CHC ωI ωII ndash viteza unghiulară PI PII ndash puterea

ηCHC ndash randamentul CHC

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (210)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (211)

Tabel 311 Parametrii functionali ai grupului de actionare GF-820 + CHC-750-2

36

Fig 211 Curba caracteristica exterioara a CHC este o caracteristica flexibila cresterea momentului rezistent este

preluata de CHC prin reducerea importanta a vitezei unghiulare a arborelui secundar

Din aceste grafice se deduce ca pentru ηm= 07 DEF al CHC-750-2 reprezentat prin ηCH ϵ

[0700 0847] nII ϵ [275 950] rotmin MII ϵ [14730 4000] kNm

Din datele obinute rezulta avantajele utilizarii CHC in cadrul GA de tipul DH

1 CHC lucreaza ca un variator continuu de viteza adica ωII se modifica automat si continuu odata cu variatia momentului rezistent aplicat arborelui secundar astfel se spune ca CHC isi regleaza regimul de functionare deci CHC permite o autoadaptare a GA la sarcina

2 Utilizarea CHC simplifica lantul cinematic al IF37

3 CHC protejeaza motorul Diesel impotriva suprasarcinilor si a socurilor transmise de la antorul sistemului de lucruinclusive in situatia blocarii secundarului

Fig 212 Curbele caracteristice pentru sarcina plina ale motorului MBM-820 si curba puterii in functie de sarcina plina a aceluiasi motor

22 Alegerea modului de acţionare

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

38

Instalaţiie 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[1]

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

39

Fig 221 Schema structural-functionala a unei instalatii de foraj cu mod de actionare centralizatin varianta MAC2 cu

actionare DH

S-a ales varianta MAC2 in care PN este actionata separat formand impreuna cu GA si transmisiile mecanice respective un grup motopompa (GMP) dupa cum TA este DH vezi 1[1])

23 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

1 pompe centrifuge pentru hidrocicloane2 site vibratoare 3 agitatoare4 pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de foraj5 pompe centrifuge pentru apa6 pompe centrifuge pentru chimicale7 pompe pentru reziduuri8 pompe pentru combustibil9 comanda hidraulica a prevenitoarelor10 instalaţie pentru uscarea aerului11 agregate pentru icircncălzire12 maşini-unelte13 agregat pentru sudura

40

14 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

Tabel 231 Consumatorii auxiliari de forta utilizati in cadrul IF de tipul F200-2DH si puterea lor

NrCrt

Denumirea consumatorilor Puterea motorului

kW

NrmotoarePuterea totala

kW

A Instalatia de foraj propriu-zisa

1 Site virbatoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 10 75

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa racire troliu 75 1 75

5 Pompa apa racire frina hidraulica 75 1 75

6 Pompe instalatie amestec chimicale 3 2 6

7 Pompe combustibil 3 2 6

8 Pompe ulei 15 1 15

9 Pompe de preparare a fluidului de foraj 75 2 150

10 Pompa baterie denisipare 55 1 55

11 Pompa baterie desmiluire 50 1 50

12 Instalatie degazeificare 5 1 5

13 Degazeificator 30 1 30

14 Instalatie de preparare centrifuga 20 3 60

15 Instalatie transport material pulverulent 4 1 4

16 Dispozitiv salvare garnitura 20 1 20

17 Dispozitiv strins-slabit 11 1 11

18 Dispozitiv manevra prajini grele 75 1 75

19 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

20 Pod tubaj reglabil 75 1 75

21 Instalatie comanda prevenitoare 11 1 11

41

22 Instalatie de uscare aer 15 1 15

23 Instalatie iluminat normal 18 1 18

24 Instalatie iluminat siguranta 08 1 08

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

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

PCsAF = 5928 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

24 Calculul puterii instalate

Puterea instalata a IF (Prsquo) reprezinta puterea motoarelor utilizate pentru actionarea

antoarelor principale a celor auxiliare si pentru actionarea celorlalte utilaje si instalatii folosite

pentru executarea diverselor operatii auxiliare

Prsquo = P + PCsAF (241)

P = n Pn (242)

Pn-Puterea nominala a motorului MB820 Pn= 655 kW

n-numarul de motoare folosite

P = (2+2) ∙ PnP = (2 + 2) 655kW = 2620 kW

Prsquo= 2620 kW + 5928 kW = 32128 kW

25 ConcluziiIn capitolul 2 s-au ales grupurile de actionare Alegerea s-a facut pe baza analizei

parametrilor motoarelor si caracteristicile acestora s-a evidentiat modul de utilizare al acestor

grupuri de actionare astfel incat sa fie satisfacute conditiile de tehnologicitate si economicitate

Acest lucru s-a facut pentru a obtine niste parametri de lucru cat se poate eficienti si economici

deoarece in cazul neindeplinirii uneia din conditii se pot intampla atat stagnari ale procesului

normal de foraj (uneori poate chiar si cu consecinte catastrofale) cat si pierderi financiare mari

42

3 ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ SI PREZENTAREA PARAMETRILOR SI CARACTERISTICILOR LOR

31Alegerea capului hidraulic

Fig31 Secţiune prin CH (reprezentare schematică (a) şi reprezentare constructivă (b))1 ndash corp (oală) 2 ndash bolţ 3 ndash toartă (biglu) 4 10 ndash rulment cu role cilindrice (de ghidare) 5 11 ndash garnituri de

etanşare 6 ndash rulment axial principal cu role conice 7 ndash fus 8 ndash reducţie 9 ndash rulment axial secundar cu bile 12 ndash felinar (capac) 13 ndash lulea 14 ndash piuliţă inferioară 15 ndash ţeavă de spălare 16 ndash cutie de etanşare 17 ndash etanşarea icircntre

partea superioară a ţevii de spălare şi lulea 18 ndash piuliţă superioară 19 ndash şuruburi de fixare

Capul hidraulic [1] (CH) este un utilaj care face parte din ansamblul de antrenare a GarF

El reprezinta nodul de legatura intre cele trei echipamente principale (EqPr) ale IF echipamentul

de circulatie (EqC) echipamentul de rotatie (EqR) si de manevra (EqM)

CH este suspendat in ciocul cirligului triplex cu ajutorul toartei sale La randul sau CH sustine

garnitura de foraj prin intermediul reductiei de legatura si al prajinii de antrenare De luleaua CH

se monteaza furtunul de noroi

43

Ca urmare functiunile CH sunt

1 Sustinerea GarF in timpul forajului

2 Permiterea rotatiei GarF

3 Conducerea fluidului de forajsub presiunede la FN la PA prin lulea teava de spalare

fus si RLCHin cazul circulatiei directe

Marimile fizice principale ale CH1 marimile functionale

- sarcina de lucru maxima

- turatia maxima a fusului

- presiunea maxima a fluidului de foraj

2 marimile dimensional-constructive

- diametrul interior al tevii de spalare

- tipo-dimensiulnile de legatura

3 marimile de anduranta

- sarcina limitacapacitatea in functie de rulmentul principal

- durabilitatea rulmentului principal

- durabilitatea etansarii tevii de spalare

Fig 31 Capul hidraulic (CH) montat icircn ciocul cacircrligului icircn timpul forajului

Alegerea capului hidraulic se face pe baza sarcinii maxime de lucru (FCH M

) si trebuie sa echipeze instalatia de foraj F200-2DH [1]

44

FCH M

geF M

(31)

FM =200 tf

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

(32)

Capetele hidraulice construite icircn Romacircnia sunt tipizate conform SR 5736 [66] care este

elaborat icircn concordanţă cu API Spec 8A [67] şi API Spec 8C [68]

Din tab 62 Cap 6 6 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH ndash 320 (ndash40degC) SR 5736

necesar instalaţiei de foraj alese F200

CHndash320 (ndash40degC) SR 5736 este un cap hidraulic echipat cu rulment axial-oscilant cu role

butoi cu sarcina maximă de lucru de 320tf care lucrează icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash

40degC

Conform SR 5736 acest tip de CH se caracterizează şi prin

Sarcina limită sau capacitatea maximă icircn funcţie de rulmentul principal FRLCH=147tf

pM = 35MPa nM = 300 rotmin di = 762 mm LP 4 (filetul de legătură al lulelei cu FF) 6⅝

REG LH (filetul de legătură cu RLCH)

32Alegerea ansamblului macara carlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 32 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]

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia [1]

FMC ge FCM (321)

Din tab32 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32-1250 MC -300 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii

45

Tabel 31 Caracteristicile Ansamblului Macara-Carlig

Tabelul 32 Tipurile de macarale-cacircrlig construite icircn Romacircnia şi caracteristicile lor (cf [69])

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (32)

GMC =8610t middot 981 ms2 = 84464 kN

46

UnMas F200Denumire 5-32MC-300

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300

Nr Roti manevra - 5

Diam cablului mm 32

Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140

Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in f-ie de rulmenti US tonf 347

Masa t 8610

Fig 32 Construcţia ansamblului-cacircrlig mono-bloc 1 ndash cacircrlig triplex 2 ndash bolţ 3 ndash pahar şi rulment axial 4 ndash tijă 5ndash piston 6 ndash arcuri de destindere 7 ndash piesă de legătură icircntre ansamblul cacircrligului şi macara 8 ndash axul macaralei 9 ndash role 10 ndash rulmenţii macaralei 11 ndash plăci laterale

33Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul de foraj reprezinta partea fixa a masinii macara-geamblac Se monteaza in

grupul mastului pe grinzi numite coroana geamblacului Este format dintr-un ax pe care se

monteaza un anumit numar de role (z+1) prin intermediul unor rulmenti Fiecare rola se misca

independent de celelalte (z-numarul de role de la macara) [1]

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

-geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţie romacircnească Avantajul acestui tip

constructiv este acela că este o construcţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

- 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

47

c geamblacul de foraj din două blocuri

- geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se pot roti şi interschimba asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

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

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

a geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

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

b geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

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 ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia [1]

Fig 331 Geamblac cu o roata separata

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 332

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

Alegerea geamblacului de foraj se face in functie de sarcina de lucru maxima de diametrul cablului utilizat de tipul cablului de manevra de tipul macaralei respectiv de tipul ansamblului macara-carlig

48

Pentru instalatia F200-2DH se alege unul din geamblacurile tipizate care sa indeplineasca cerintele impuse

Fig 33 2Geamblac monobloc 1 ndash suport (prin care GF se montează prin şuruburi de coroană ramă) 2ndash ax 3 ndash rolă roată 4 ndash rulment radial-axial cu role conice pe două racircnduri 5 ndash disc distanţier 6 ndash bucşă distanţieră 7 ndash ungător cu bilă (folosit pentru ungerea consistentă a rulmenţilor) (canalele de ungere sunt practicate icircn plan orizontal) 8 ndash placă de presare 9 ndash apărătoare

Pentru instalatia de foraj F 200 se va folosi un geamblac A 6 -32-1250GF-300 (-400C)(vezi [1] cap 54 tab56)adica geamblac de foraj cu 6 roţi role pe ax cu diametrul cablului de manevră de 32 mm

diametrul exterior al rolei de 1250 mm sarcina maximă de lucru 300tfşi temperatura de lucru de ndash

40degC Din tabelul 56 Cap 5 [1]se observă că acest tip de geamblac face parte din clasa

echipamentului (de manevră) 450

Tabel 33 Caracteristicile GeamblaculuiUnMas

Denumire 6-32GF-300Sarcina maxima la coroana geamblacului tf 400

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300Nr Roti manevra - 6

Diam cablului mm 32Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in functie de rulmenti US tonf 416Masa t 28

49

34Alegerea elevatorului 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

Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane de tubare (B-ElPCB) (bdquocasing slip

elevator-spiderrdquo icircn lb en) este o sculă de manevră care se foloseşte icircn timpul tubării puţurilor

atacirct pentru susţinerea coloanei de burlane (CB) ca broască cu pene aşezată pe masa rotativă

(MR) cacirct şi pentru săltarea din penele broaştei şi introducerea coloanei icircn puţ ca elevator (cu

pene) Deci aceste scule se folosesc icircn pereche icircn timpul tubării puţurilor una aşezată pe MR

susţine CB prin icircmpănare icircndeplinind funcţia de broască cu pene (vezi fig 341) iar cealaltă

care este susţinută icircn chiolbaşi avacircnd rolul de elevator (cu pene) se prinde tot prin icircmpănare pe

burlanul care s-a adăugat prin icircnşurubare la coloană saltă CB din broasca cu pene şi o susţine icircn

timpul introducerii ei icircn sondă (vezi fig 342)

Fig 342 Tragerea burlanului pe jilip cu ajutorul unui elevator de tras burlane pentru a fi icircnşurubat icircn

coloana susţinută icircn broasca cu pene

50

Fig 343 Varianta de elevator (cu pene) (cu inel ridicător) a broaştei-elevator cu pene cu două semicorpuri care este susţinută icircn ochiurile inferioare ale chiolbaşilor (11) icircn timpul introducerii coloanei de burlane (12) icircn puţul care se tubează 1 ndash corp carcasă 2 ndash umăr 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă de siguranţă 5 ndash corp de pană 6 ndash bacuri 7 ndash pacirclnie de ghidare 8 ndash cadru ridicător 9 ndash icircmpingătoare 10 ndash mecanism cu pacircrghii de ridicare

Din punct de vedere funcţional se deosebesc tipurile bull broască cu pene (BP) bull elevator cu pene (ElP)

Fig344 Broasca-elevator cu pene

51

In figura 344 este reprezentata Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane (broasca cu pene icircn partea de sus stanga elevatorul cu pene icircn partea dreapta şi vedere de sus a elevatorului cu pene icircn partea de jos) 1ndash corp 2ndash umăr braţ superior 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă (siguranţă pentru chiolbaşi) 5 ndash poartă uşă 6 ndash pene 7 ndash bacuri 8 ndash placă de sprijin (pe masa rotativă) 9 ndash guler de protecţie şi ghidare 10 ndash pacirclnie de ghidare HB ndash icircnălţimea broaştei cu pene HE ndash icircnălţimea elevatorului cu pene l ndash lăţimea broaştei-elevator

Alegerea elevatorului cu pene se face din conditiile urmatoare

FPgtFCBM

(341)

unde

FPleFBminusEl PCB

(342)

Studiind oferta companiei STEROM SA Cacircmpina conform ([1] cap 8 tab88) se alege un elevator cu pene de tipul

B-ElPCB 4frac12 ndash 13⅜ in x 350 ts (9⅝ x 275 ts x 8⅝) (ndash 45ordmC)

icircnseamnă broască-elevator destinată utilizării pentru burlane cu diametrul nominal cuprins

icircntre 4frac12 in şi 13⅜ in (inclusiv) cu sarcina nominală (sarcina maximă de lucru) de 350 ts (320tf)

echipată cu pene set de pene de 958 in cu sarcina nominală (maximă de lucru) de 275 ts (250 tf)

icircn care sunt montate bacuri de 858 in adică această broască-elevator este echipată pentru susţinerea

unei CB de 858 care determină icircn timpul manevrei ei o sarcină maximă la cacircrlig de cel mult 275ts

(250 tf) Ea este executată să lucreze icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash 45 ordmC

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

21t∙981ms2 =20601kN

35 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatorul pentru prăjini de foraj (ElPF) (bdquodrill pipe elevatorrdquo icircn lb en) este o sculă de

manevră care se foloseşte pentru susţinerea garniturii de foraj (GarF) icircn timpul extragerii şi

introducerii ei icircn sondă El prinde sub mufa PF şi este agăţat prin umerii săi icircn ochiurile

inferioare ale chiolbaşilor

ElPF se compune din

52

ndash două corpuri articulate care se icircnchid pe PF prevăzute cu cacircte un umăr cu care se suspendă icircn

ochiurile inferioare (mici) ale chiolbaşilor

ndash icircnchizatorul celor două corpuri

ndash eclise cu bolţuri prinse icircn umeri pentru asigurarea contra ieşirii chiolbaşilor

Elevatoarele se deosebesc prin forma lor modul de icircnchidere a celor două corpuri şi forma

suprafeţei de rezemare a prăjinilor

Din punctul de vedere al icircnchiderii se diferenţiază

ndash ElPF cu icircnchidere centrală (ElPFIcircC)

ndash ElPF cu icircnchidere laterală (ElPFIcircL)

După forma suprafeţei de sprijin al PF se disting

ndash ElPF cu scaun drept (ELPFSD) deci cu suprafaţă de rezemare dreaptă folosite pentru

manevrarea prăjinilor de foraj cu racorduri speciale sudate cu umăr drept (RSSUD) sau cu

racorduri icircnfiletate [1]

Fig 351 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun conic

ndash ElPF cu scaun conic (ElPFSC) care dispun de o suprafaţă de rezemare interioară tronconică cu unghiul de icircnchidere standardizat de 18deg ca şi mufele racordurilor speciale sudate cu umăr conic (RSSUC)

53

Fig 352 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun dreptElevatoarele sunt tipizate prescripţiile generale fiind prevăzute de API Spec 8A [85] şi

Spec 8C [86] Icircn fig 88 este reprezentat un ElPF cu scaun conic iar icircn fig 89 un ElPF cu scaun

drept

In figura 34 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic

Fig 34 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Alegerea elevatorului pentru prajini se face in functie de tipul prajinilor de foraj

1 Daca prajinile sunt cu recorduri speciale infiletate atunci cu scaun drept

2 Daca prajinile sunt cu racorduri speciale sudate atunci cu scaun conic

La alegerea elevatorului trebuie indeplinita conditia

FElgtFGar FMn

(sarcina normala utila de la carlig) (351)

icircn care FGar FM

este sarcina maximă care apare icircn timpul manevrării garniturii pacircnă la adacircncimea

maximă de foraj a puţului respectiv

54

Pentru că prăjinile de foraj sunt cu RSSUC si FGar FM

=122863kN conform tabelului 85

[1] cap 8 se alege un elevator cu scaun conic cu urmatoarea nominalizare

Elevator cu scaun conic 4frac12 x 1214 x 250 adica

elevator cu scaun conic cu dimensiunea nominală de 4frac12 ( pentru prăjini de foraj cu

RSSUC cu diametrul nominal de 4frac12 DPF = 4frac12) cu diametrul interior de 1214 mm (ceea ce

icircnseamnă că se utilizează pentru prăjini cu capetele fie cu II fie cu IEI (conform tabelului 85 cap

8) şi cu sarcina maximă de lucru de 250 tf cu masa mEl=1828kg conform NR 05-1018R STEROM

SA

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

ELpF= mEl middot g (253)

GEl = 1828 kg middot 981 ms2 = 18 kN

36Alegerea chiolbasilor

Chiolbaşii (Ch) (bdquothe drilling linksrdquo bdquoelevator linksrdquo icircn lb en) denumiţi şi bdquobraţele de

elevatorrdquo sunt scule de foraj care fac legătura icircntre cacircrlig şi elevator fiind utilizaţi icircn timpul

manevrei garniturii de foraj (GarF) şi coloanelor de burlane (CB)

Ei se agaţă cu ochiurile superioare de umerii cacircrligului şi susţin cu ochiurile lor inferioare

elevatorul prin umerii acestuia (vezi fig 361) Astfel sarcina datorată GarF sau CB este

preluată prin intermediul elevatorului de către Ch care o transmit cacircrligului [1]

55

Fig 361 Ansamblul format din macara-cacircrlig chiolbaşi şi elevator icircncare este susţinută garnitura de foraj icircn timpul manevrei acesteia

Din punct de vedere al sarcinii de lucru exista 3 tipuri de chiolbasi

1 Usor (sarcini mici)

2 Mediu (sarcini medii)

3 Greu (sarcini mari)

Tipul usor are forma de za alungita iar cel mediu si greu ndash de bara prevazuta la ambele capete cu

ochiuri

Chiolbasii se executa prin forjare in matrita dintr-o singura bucata de otel slab aliat de

constructii pentru a se asigura o rezistenta mare atat prin fibrajul obtinut prin procedeul tehnologic

respective cat si prin compozitie si prin TT folosit

Fig 362 Diferite tipuri de chiolbaşi

Alegerea chiolbasilor se face in functie de sarcina de lucru si de lungimea nominala

Fig 363 Tipurile de chiolbaşi şi dimensiunile lor principale a ndash chiolbaş de tipul uşor b ndash chiolbaş de tipul mediu c ndash chiolbaş de tipul greu C2 ndash raza de curbură interioară a ochiului superior G1 ndash raza de curbură interioară a ochiului

56

inferior D2 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului superior cu umărul cacircrligului H1 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului inferior cu umărul elevatorului d d1 ndash diametrul barei L ndash lungimea de lucru (dintre

punctele de sprijin pe umărul cacircrligului şi pe umărul elevatorului)

Conform normelor prevazute pentru F200-2DH se aleg chiolbasi de tip greu serie Chiolbaşi 69 x 2100 x 320

Gama de sarcini Fch = 320 tf perDimensiuni principale- d1 = 85 mm- C2 = 108 mm

- G1 =70 mm- D2 = 34 mm - H1 = 345 mm- Lungimea totala Lch = 2100 mm- Masa netă informativă mch = 247 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (36)

GCh = 247 kg middot 981 ms2 = 243 kN

37Alegerea cablului de manevra

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

1 la manevră cablul de manevră sau de foraj

2 la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcărit

3 la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancoră

4 pentru rabaterea turlei cablul de praştie

5 la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electrici

Cablurile 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

57

1 de acelaşi diametru 5 la fire2 de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 371)

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

Fig 371 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

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

1 organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)

2 metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)

3 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 ]

58

Fig 372 Cablarea a ndash icircnfăşurarea spre dreapta b ndash icircnfăşurarea spre stacircngac ndash cablarea icircn cruce stacircnga (ZS) d ndash cablarea icircn cruce dreapta (SZ)e ndash cablarea paralelă dreapta (ZZ) f ndash cablarea paralelă stacircnga (SS)

Alegerea cablului se face pe baza sarcinii sale reale minime de rupere (Srm) astfel icircncacirct să fie satisfăcută condiţia de rezistenţă (vezi [1])

Srm gecM middot FM (37)

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

CM - coeficientul de siguranţă pentru operatiile de tubare si instrumentatie care se accepta egal cu

valoarea 2 conform API Spec9B iar FM ste forta maxima din RA a infasurarii cablului Ea se

determina cu expresia[1]

(372)

in care FM este forta totala care actioneaza asupra ramurilor din cablu z ndash nr de role de la macaraηMminusG - randamentul masinii macara-geamblac la ridicareRandamentul masinii macara-geamblac la ridicare se obtine cu relatia (cf[1])

ηMminusG=β2 ∙Zminus1

2 ∙ Z ∙ β2 ∙Z ∙ ( βminus1 ) (373)

unde β este inversul randamentului unei role

β= 1ηRo

(374)

pentru care se admite valoarea β =104 conform API iar ηRo =096 (API) randament role

59

FM=FM

2sdotzsdotηM minusG

Conform tipului de ansamblu MC ales z =5 Atunci rezultă

ηMminusG =

1 04225minus12sdot5sdot1 042sdot5 (1 04minus1 )

=0 811

Forţa F M se calculează cu expresia (conform [1])

FM =F M +GoTsdot(1+

ac(M )

g )

(375)

unde FM

este sarcina maxima utila la carlig GoT - greutatea moarta la tubare g- acceleratia

gravitationala g= 981 ms2 ac(M )

- acceleratia miscarii carligului are valori cuprinse in domeniul

[0515]∙ ms2

Greutatea moartă la tubare se determină ţinacircnd cont de greutatea elementelor ansamblului

MC a chiolbaşilor (Ch) a elevatorului cu pene (ElP) şi a ramurilor de cablu dintre macara şi

geamblac

GoT =

GMC+G ch+GEl P+GCM

(376)

Deoarece la acest moment nu se cunoaşte tipodimensiunea cablului şi ca urmare masa sa unitară se face aproximaţia

GoT iquestGMC+G ch+GEl P (377)

rezulta

GOT=8446 kN+243kN+20601 kN=1075 kN

Ştiind tipul IF se determină

FM

=200tf= 200∙981 =1962kNSe accepta

ac(M )=1 m s2

si se obtine

FM =1962 kN+107 5 kNsdot(1+ 19 81 )=2080 46 kN

60

Se calculeaza

F =

2080 46 kN2sdot5sdot0 811

=256 531 kN

Se determină sarcina reală minimă de rupere necesară a cablului cu formula

Srmnec gecM middot FM (378)

c M=2 ( conform API) si rezulta

Srmnec =2∙256531kN=513062kN

Se alege un cablu Seale cu o măsură a lui Srm astfel icircncacirct să fie icircndeplinită condiţia următoare

Sr mgtSr m nec

(379)

Ca urmare din [1] tabelul 52 se constată că se poate alege

Cablu Seale 6x19-32-1570 SZ STAS1689-80

caracterizat prin

nT=6 nr toroane

n f=19=1+9+9 nr fire din fiecare torondc=32 mm diametrul nominalRm=1570 MPa rezistenta minima de rupere a sarmelorSr m=531 32 kN sarcina reala minima de rupered0=3 mm diametrul sarmelor centraled1=1 45 mm diametrul sarmelor intermediared2=26 mm diametrul sarmelor exterioarem1 C=3 89 kg m masa unitara

Tipul cablării cruce dreapta (SZ) adică sensul de icircnfăşurare a firelor icircn toron este spre stanga(S) iar sensul de icircnfăşurare a toroanelor icircn cablu este spre dreapta (Z)Sr m=531 32gtSr nec=513 062 kN

Deci conditiaSr mgtSr nec este satisfacuta

Se reia calculul pentru verificare

61

Trebuie sa recalculam FM tinand cont si de greutatea cablului GCM

GCM =2sdotzsdotlr CM(M ) sdotqc (3710)

qc - greutatea unitara a cabluluiqc =m1 Csdotg (3711)

qc =3 89 kg msdot9 81 m s2=38 161 N mlr CM(M ) =(15 m+lp )+sminuslb (3712)

lr CM(M )

=(15 m+27 m)+65 mminus9 m=26 m

in care s=65m ndash spatiu de siguranta lb=9m lungimea unui burlanlp=27m lungimea pasului

GCM=2sdot5sdot26 msdot38 161 N m=9 922 kN

GoT=107 5 kN+9 922kN=117 422kN

Pentru IF F200-2DH vom avea

F =

2091 413 kN2sdot5sdot0 811

=257 88 kN

c M=Sr m

F c M=531 32kN

257 88 kN=2 06gtc=2

Tabelul 375 Parametrii caracteristici ai cablurilor Seale 6 x 19 conform STAS 1689-80

38 Alegerea troliului de foraj

62

FN=200sdot9 81kN+117 442kN (1+ 19 81

)=2091 413kN

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

Fig 11 Profilul Sondei 7 Pacurari

Caracterul Sondei 7 Pacurari este de exploatare a petrolului dintr-un zacamant format

din roci consolidate de tarie medii-tari (MT) 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 adancimea 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 (11) Adancimea la care se realizeaza tubarea se determina cu relatia (vezi [1])

yT j=HT j

H M (12)

icircn care HTj este adacircncimea de tubare a coloanei de ordinul j HM -adacircncimea maximă (finală) a sondei

HTj =yTj middot HM (13) HCB1 = 015 middot 3500 m= 525 m HCB2 = 076 middot 3500 m = 2660m

4

HBC3 = 1 middot 3500 m= 3500 m

Astfel datele obtinute sunt inscrise in tabelul 12

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

Ls=Lsj=ΔHCBj=HCBj-HCBj-1 j = l2nCB (14)

Diametrul nominal al CB (DCB) este diametrul 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 plecand de la masura

impusa diametrului CE si folosind relatiile si consideratiile prezentate in [1]capitolul 1 (vezi

subcapitolul 13 Elaborarea programului de tubare)

In tabelul 12 sunt concentrate aceste valori exprimate atat in inch cat 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 CE

Masura diametrului mufei pentru fiecare coloana se preia din STAS 875-86 tabel 13

Spatiul inelar pentru fiecare CB δCBJ se calculeaza cu expresia de definitie( vezi [1])

δCBj=05 ∙(DSPj-DMCBj) (14a)

δCBj este jocul dintre peretele găurii forate şi mufa burlanelor consideracircnd o aşezare

concentrică a CB faţă de gaură

Valorile determinate prin calcul se compara cu masurile recomandate si anume δCBr

Se 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 (diametrul interior minim al CBj) 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(vezi [1])

δimCBj-1=05 ∙(DimCBj-1-DSPj) (14b)

in care

δimCBj este jocul interior minim al CBj RCBr- raţia spaţiului inelar

CSICBr este coeficientul de spaţiu inelar

5

O altă mărime prin care se apreciază reuşita operaţiilor de tubare a puţului şi de cimentare a coloanei de burlane este coeficientul de spaţiu inelar definit icircn felul următor (vezi [1])

CSI CB=2 ∙ δCB

DM CB

(15)

Raţia spaţiului inelar (RCBj) se determină cu relaţia sa de definiţie (vezi [1])

RCB j=δCB j

D S

(16)

Conditiile de foraj pentru sonda studiata sunt normale

Tabel 13Măsurile diametrului exterior al mufei(DMCB) pentru burlanele cu filete S L şi B

6

12 Determinarea profilurilor coloanelor de burlane si a greutatii fiecarei coloane

Determinarea profilului unei coloane de burlane de ordinul j (CBj) (vezi [1] aplicatia 3) 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 (qBi i = 1 2 ntj)

Stabilirea structuriicomponentei CB se face in functie de solicitarile burlanelor de la adancimea la care acestea sunt amplasate in cadrul coloanei

Se 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 foraj (pef)

Se determina profilulstrucura fiecarei CB care echipeaza Sonda 7 Pacurari ajutorul diagramelor de tubare

Diagrama de tubare este o reprezentare a pozitiei fiecarui tronson de burlane impreuna cu caracteristicile sale (lBi sBi CBi) in cadrul CB in functie de adancimea 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) calculata la cele doua actiuni principale (Ga si pef) considerand o anumita masura a densitatii fluidului de foraj si anumite valori ale coeficientilor de siguranta la turtire si la smulgerea din filet (conform fig 11)Pentru adancimea de introducere a coloanei de ordinul j (adancimea de tubare a putului de ordinul j HTI) se traseaza o iinie verticala pana 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 verticala trasata astfel trece prin mai multe domenii fiecare dintre acestea apartinand 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 SBIsi 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 (121)

Astfel sunt puse in evidenta numarul de trosoane de burlane din care este alcatuita

coloana respectiva de ordinul j (ntj) si de asemenea pozitia (Li-1 si Li) si caracteristicile fiecarui

tronson de burlane (lBi sBi CBi) Datele obtinute in acest fel sunt concentrate intr-un tabel

7

Cunoscand 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 (122)

Apoi se determina greutatea fiecarui tronson de burlane

GBi=qBi∙lBi i=1 2 ntj (123)

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

GCBj= sumi=1

nt j

G B i (124)

8

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

9

Fig 122Determinarea profiluluistructurii CE de 5 in cu filet L din componenta Sondei 7 cu ajutorul diagramei de tubare a accstui tip de coloana

Tabelul 122 Caracteristicile coloanei de exploatare (CE) de 5rsquorsquo cu filet L

CB3=CE DCE=5 in tip IF-APIL HT3=3500 ρf=1500 kgm3 nT3=7

i 1 2 3 4 5 6 7Li-1 m 0 120 625 1025 1060 1650 2550Li m 120 625 1025 1060 1650 2550 3500

lBI m 120 505 400 35 590 900 950

CBI P110 N80 J55 J55 J55 N80 P110

10

SBi m 752 752 752 643 752 752 752

m1Bi kgm 2234 2234 2234 1936 2234 2234 2234

qBi Nm 219155 219155 219155 189921 219155 219155 219155

GBi kN 26298 110673 87662 6647 85470 19724 208197

GCB3 kN 722187

undentj reprezinta numarul de tronsoane de burlane lBi ndash lungimea fiecarui tronson de burlane

NBi ndash numarul de burlane din fiecare tronson CBi ndash clasa de rezistenta a otelului din care se

confectioneaza burlanele din fiecare tronson sBi ndash grosimea de perete a corpului burlanului din

fiecare tronson m1Bi qBi ndash masagreutatea unitara a burlanelor carecompun fiecare tronson

Fig 122Determinarea profiluluistructurii CB de 858 in cu filet L din componenta Sondei 7

Tabelul 123 Caracteristicile CI de 858 cu filet L

CB2=CI DCI= 858in tip IF-APIL HT =2660 ρf=125tm3 nT2=6

11

i 1 2 3 4 5 6Li-1 m 0 255 580 1040 1560 1955Li m 255 580 1040 1560 1955 2660lBI m 255 325 460 520 395 705CBI N80 J55 J55 J55 N80 N80

SBi m 1016 1016 894 1016 1016 1143m1Bi kgm 5362 5362 4766 5362 5362 5958

qBi Nm 526012 526012 467544 526012 526012 584479GBi kN 134133 170954 215070 273526 207774 412059

GCB3 kN 1413516Greutatea aparentă a CB (GaCB3 equiv GaCE) este greutatea acesteia icircn fluidul de foraj din puţul icircn care se introduce şi se determină cu formula (vezi[1])

Ga CE=GCE ∙(1minus ρ f

ρo) (125)

Rezulta

Ga CE=1413516 kN ∙(1minus125785 )=1188433kN

Se calculează greutatea coloanelor de burlane maximă cu relaţia următoare

GCBM = max (GCI GCE) (126)

GCBM = max (1413516kN 722187kN) = 1413516 kN

13Alegerea sapei pentru forajul putului de exploatare (vezi aplicatia 2)

Conform datelor obtinute in paragrafele 11 si 12 s-au 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 TEE 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 incat 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) asigurand un joc interior minirn (δimCBj-1)

12

Fig 114 Sapă cu role-con cu dantură cu dinţi frezaţi executaţi din corpul rolei

1ndash falcă 2ndash con cu dantură cu dinţi din oţel 3 ndash contracon4 ndash dispozitiv de spălare exterioară cu jet (cu duză)

5 ndash cep cu filet conic 6 ndash umărul cepului (icircmbinării filetate)

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 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 conform codificaţiei specifice

Din tabelul 1 [3] (aplicatia 1) se alege diametrul mufei coloanei de exploatare DMCE

corespunzătoare diametrului nominal al coloanei de exploatare DCE STAS 875 - 86 tab 6 icircn funcţie de tipul filetului

DMCE=1413 mm

Ca urmare se alege o sapă cu trei role pentru roci medii-abrazive (MA) Această sapă trebuie să foreze o gaură care să fie tubată cu o coloană de 5 in = 127 mm Pentru reuşita operaţiei de cimentare se recomandă (conform [11] tabelul 11) un spaţiu inelar cu măsura

δCEr = 15 mm

Se calculează diametrul sapei Ds cu următoarea relaţie

(131)

Conform [1] δCE se poate aprecia cu expresia de forma

δCEcong 012 ∙ DCE

(132)

si se obtine

13

δCEcong 012 ∙ 127 mm=1524 mmcong 15 mm

Se constată că cele două măsuri sunt apropiate Atunci folosind expresia

DS PE=iquestD M CE+2 ∙δCE riquest

(133)

rezulta

DS PE=iquest1413 mm+2 ∙15 mm=1713mmiquest

Dar sapa trebuie să treacă prin interiorul coloanei anterioare de 8⅝Prime (2191 mm) Această

coloană fiind introdusă la adacircncimea de 2660 m rezultă din diagrama de tubare că ultimul său

tronson trebuie să fie alcătuit din burlane cu grosimea maximă de perete de 1143 mm Deci

diametrul interior minim al coloanei intermediare de 8⅝Prime calculat cu relaţia

Di m CI ( I )=iquest D CI( I)minus2 ∙S BM iquest (134)

are măsura

Di m CI ( I )=2191 mmminus2 ∙1143 mm=1962 mm

Folosind tabelul 4 se observă că se poate alege o sapă cu diametrul nominal de 6frac34Prime (1715 mm) cu ajutorul căreia se realizează spaţiul inelar cu măsura recomandată respectiv

δCE=05 ∙ (1715 mmminus1413 mm )=151mm

şi care poate trece prin tronsonul cu diametrul interior minim al CI(I) jocul interior minim

determinat cu relaţia (cf [11])

δ i m CI ( I )=05∙ (Di m CI (I )minusDS PE ) (135)

δ i m CI ( I )=05∙ (1962 mmminus1715 mm )=123 mm

Icircn continuare se alege varianta constructivă de sapă MA- 634 DGJ cu diametrul de 6frac34Prime necesară pentru roci MA Adică o sapă cu dinţi din oţel avacircnd contraconul icircntărit şi prin ştifturi din carburi metalice sinterizate (D) cu lagăre cu alunecare etanşe (G) şi cu spălare exterioară cu fluid de foraj (cu jet) (J)

14

14 Alegerea 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 adancime (AnAd) al GarF

Exista doua variante de executie a PG(vezi [3]aplicatia 4)

1 forjate cu tratament termic de imbunatatire pe toata lungimea2 laminate (din tevi cu pereti grosi) cu tratament termic de normalizare si о imbunatatire

la capetePG se realizeaza in urmatoarele forme constructive

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

Fig 141Prajini grele circulare (PGC)

Tabelul 143 Alegerea diametrului nominal al PG (DPG) icircn funcţie de diametrul sapei

(DS)

Ds mm

1365divide1411

1492divide1615

1615divide1715

2127divide2286

2444divide2508

2695 295 3112 3492 ge3747

DPG mm

114(108)

121divide139

(114divide

133divide146

(121divide

187(159)

203(178)

229(203)

245(219)

245(229)

254(229)

273(254)

15

121) 133)

Alegerea PG inseamna determinarea masurilor urmatoarelor marimi

1 diametrul nominal (DPG)2 diametrul interior (DPGi)3 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 avand 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 cat mai mare a diametrului nominal

2 asigurarea unui spatiu inelar (SI) intre peretele putului si PG cu omasura cat mai mare

pentru ca pierderea de presiune (ΔpSIPG) rezultata la curgerea fiuidului de foraj sa fie cat

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 implicand o masura cat mai mica a diametrului nominal

Pe baza unor cercetari experimentale (cf [2]) efectuate in conditii de santier privind viteza medie

de avansare a sapei (vAv) si timpul de prindere in teren a GarF pentru fiecare sonda (tPrSd) in

functie de raportul D2PG D2

S s-a constatat ca exista un domeniu optim de valori pentru acest

raport

D2PG D2

S =[06 07]

Fig 142Viteza 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 foraj

16

Icircn funcţie de valoarea raportului DPGDS se clasifică (cf [6]) PG şi tipurile de formaţiuni icircn care

se recomandă să se foreze (vezi tabelul 142)

Tabelul 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

Pentru alegerea PGC se recomanda relatia empirica[6]

DPG=DS-25 (142)Pentru forajul putului de exploatare al Sondei 7 se considera ca nu exista pericol de

prindere in formatiunea geologica traversata prin foraj pana la adancimea finala

Avand in vedere tipul de formatiune precizat mai sus conform tabelului 2 se alege PG

supradimensionata cu DPG DS= 089

DPG= 1715mm ndash 25mm =1465mm

Din tabelul 143 conform [6] se alege DPG= 146mm Din tabelul 1 (vezi aplicatia 4) se

alege măsura standardizată a diametrului nominal cea mai apropiată de măsurile rezultate anterior

adică DPG = 1524 mm pentru care exista DPGi isin572 715]mm cu m1PGisin 1234 1115 kgm

Rezultă DPGDS = 08886 089cong

ceea ce este icircn acord cu tipul de PG supradimensionată recomandată pentru formaţiunile

fără pericol de prindere

Se calculeaza greutatea unitara

qPG=m1PG ∙ g (143)

unde

DPGi este diametrul interior prajini grele

- pentru DPGi= 572 mm

q=1234kgm

∙ 981ms=1210554

Nm

=1211kN m

unde g este acceleratia de cadere libera g=981 ms2

- pentru DPGi= 715 mm

q=1115kgm

∙ 981m

s2=1093815

Nm

=1094 kN m

17

Se calculeaza coeficientul pierderii de presiune din interiorul PG cu formula

α PGi=

8π 2

sdotλPG i

DPG i5

in care

(144)

λPGi reprezinta coeficientul de rezistenta hidraulica liniara si are o valoare constanta si anume (conform [1])

λPGi=002

- pentru DPGi= 572 mm

α PGi=

8π 2

sdot 0 02

(5 72sdot10minus2 )5 m5= 8

π2sdot2sdot10minus2sdot1010

5 725 m5= 8

π2sdot20000sdot104

5 725 m5=26475sdot104 mminus5

- pentru DPGi= 715 mm

α PGi=

8π 2

sdot 0 02

(7 15sdot10minus2)5 m5= 8

π2sdot2sdot10minus2sdot1010

7 155 m5= 8

π 2sdot20000sdot104

7 155 m5=0 8675sdot104 mminus5

Daca se alege masura mai mica a diametrului interior atunci lungimea AnAd va fi mai mica

dar fara sa se evite fenomenul de flambaj deoarece aceasta lungime este mai mare decat 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 alege PG cuDPG= 6 in= 1524 mm DPgi = 2 1316 in= 715 mm IFU de tipulNC 44 m1PG = 1115 kgm

Mir=244kNm (momentul de insurubare recomandat) i=W M

( lC)

W C(1905 )=284

Se observa ca i=284gtiopt= 25 ceea ce inseamna ca imbinarea filetata cu umar a PG asigura o rezistenta mare la oboseala in sectiunile sale critice (Vezi [1])

14Verificarea la flambaj a ansamblului de prajini grele

141 Determinarea lungimii ansamblului de adancime

Pe baza datelor obtinute anterior se calculeaza lungimea ansamblului de PG (LAnAd) cu formula (vezi [1])

18

LAn Ad=FS

c L ∙qPG ∙(1minusρf

ρo)∙ (cosθminusμa sinθ)

(151)undeFS este forta de apasare pe sapa ρ f -densitatea fluidului de foraj(150tm3) ρ odensitatea otelului(785tm3) LAnPG este lungimea ansamblului de prăjini grele in m

qPG ndash greutatea unitara a PG CL ndash coeficientul lungime Fs ndash forta de apasare pe sapa Ө - unghiul mediu de deviere al sondei fata de vertical g ndash acceleraţia gravitaţională in ms Densitatea fluidului de foraj se poate aprecia cu expresia empirică(cf [8])

ρ f=125+025∙ ln (H ∙10minus3) (152)

ρ f=[125+025∙ ln (35 ∙ 103 ∙10minus3 ) ] t

m3=1563 t m3

Din conditiile tehnologice se alege ρf =15 tm3 (vezi Ap 1)Se calculeaza greutatea unitara a PG

qPG=m1 PGsdotg (153)

qPG=1115kgm

∙981m

s2=109382

Nmcong 1094

kNm

Se calculează forţa de apăsare pe sapă (cf [8])

FS=(03+7 5sdot10minus5sdotH )sdotDS

(154)

FS=(03+75 ∙ 10minus5 ∙35 ∙103)∙ 1715 kN= 9647 kN

Se calculeaza lungimea ansamblului de PG cu expresia (151)

LAn PG=9647 kN

0 85sdot1 094 kN msdot(1minus 157 85 )sdot(cos 30minus03sdotsin 30)

=130 475 m

Өiquest30

Se determina numarul de PG cu relatia

nPG=L An PG

lPG (155)

Unde lPG reprezinta lungimea unei prajini grele Daca se admite pentru lPG

19

masura normala care este egala cu 9m atunci se obtine

nPG=130 475m9 m

=14 49≃15

Se alege nPG=15 si se recalculeaza LAnPG

LAn PG=15sdot9m=135 mSe recalculeaza coeficientul de lungime al AnPG

c L=96 47 kN

135 msdot1 094kNm

sdot(1minus 157 85 )sdot(cos 30minus03sdotsin 30)

=0 821

si se constata ca valoarea lui se gaseste in domeniul recomandat adica [070 085]

142 Verificarea la flambaj a AnPG (vezi [3] aplicatia5)

Lungimea supusa la compresiune a AnPG este c LsdotLAn PG=0 821sdot135=110 835 m (156)

Se calculeaza lungimea critica de flambaj a AnPG(vezi [1])

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 PGExpresia de sub radical adică

(158)

se numeşte (conform lui N Pacircrvulescu) volum de rigiditate la gravitatie deoarece are dimensiunea unui volum si exprima un caracter de rigiditate al PG

Momentul geometric axial se calculeaza cu formula

I PG= π64

sdot( DPG4 minusDPG i

4 ) (159)

I PG= π64

sdot(15 244minus7 154) cm4=2520 375 cm4≃2 5203sdot10minus5 m4

20

Greutatea unitara aparenta a PG se determina cu formula

qa PG=qPGsdot(1minusρf

ρo) (1510)

Se obtine

qa PG=1 094kNm

sdot(1minus 157 85 )=0 885

kNm

Măsura volumului de rigiditate la gravitaţie al PG este

V PG=21∙ 1011 N

m2∙ 2520375 ∙10minus5 m4

0885∙ 103 Nm

=5981∙ 103 m3

Rezultă imediat măsura lungimii critice de flambaj a AnPG

LAn PG cr=17∙3radic5981∙103 m3=3085 mcong 31 m

Comparand aceasta masura a lungimii critice de flambaj a AnPG cu aceea a lungimii

portiunii din AnPG supuse la compresiune se constata

c LsdotLAn PG=110 835 mgtLAn PG cr=31 m

Ceea ce inseamna ca AnPG flambeaza sub actiunea fortei de apasare pe sapa Avand 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 corector-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 prajinile grele al doilea

al treilea si respectiv al patrulea stabilizator (vezi cap 1fig124 f)

21

Fig 143 Alcătuirea ansamblului de adacircncime al garniturii de foraj

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

Alegerea prajinilor de foraj (vezi Apl 6)Prăjinile de foraj (PF) sunt fabricate din ţevi de oţel laminate la cald icircngroşate la capete Se execută următoarele tipuri de PF [6] ndash PF cu racorduri speciale sudate (prin presiune de contact) (PFRSS) ndash PF cu racorduri speciale filetate (PFRSF)

PFRSS se realizează icircn conformitate cu STAS 80371-80 (bdquoPrăjini de foraj pentru racorduri sudate Clasele de rezistenţă D E şi G-105 Dimensiunirdquo) şi conform normei API 5A ndash pentru PF din clasele de rezistenţă D şi E ndash şi normei API 5AX ndash pentru PF din clasele de rezistenţă X-95 G-105 şi S-135 După forma icircngroşării capetelor PFRSS se execută icircn trei variante (vezi fig 161)

ndash PF cu capete icircngroşate la interior (II) (sau IU ndash Internal Upset conform API) ndash PF cu capete icircngroşate la exterior (IE) (sau EU ndash External Upset conform API) ndash PF cu capete icircngroşate la exterior şi la interior (IEI) (sau IEU ndash Internal- External Upset conform API)

22

Fig 161 Prăjini de foraj cu racorduri speciale sudate (PFRSS) [1] a ndash varianta II (cu capetele icircngroşate la interior) respectiv IU (Internal Upset) conform API b ndash varianta IE (cu capetele icircngroşate la exterior) respectiv EU (External Upset) conform API c ndash varianta IEI (cu capetele icircngroşate la exterior şi la interior) respectiv IEU (Internal-External Upset) conform API

Alte tipuri de PF sunt ndash PF cu perete gros ( Thick Wall Drill-Pipe icircn lb en) ndash PF cu grosimea de perete variabilă ndash PF cu racorduri speciale sudate cu canale elicoidale şi cu perete gros

Racordurile speciale pentru sudare (RSS) de la PF cu II IE şi IEI au tipodimensiunile şi

condiţiile tehnice reglementate icircn STAS 75701-80 (bdquoRacorduri speciale pentru sudare prin contact

la prăjini de foraj din clasele de rezistenţă D şi Erdquo) icircn norma API Spec 7 şi de asemenea icircn

normele interne ale firmelor constructoare RSS se execută icircn două variante constructive (fig

162)

ndash varianta A RSS cu scaun conic

ndash varianta B RSS cu scaun drept

23

Fig 162 Racorduri speciale pentru sudare (RSS) la prăjini de foraj [2] varianta A (cu scaun conic) varianta B (cu scaun drept)

Normele API Spec 7 prevăd RS şi pentru PF confecţionate din oţeluri din clasele de rezistenţă

superioare X-95 G-105 şi S-135

RSS sunt prevăzute cu icircmbinări filetate cu umăr (IcircFU) standardizate icircn STAS 8351-80

Alegerea prăjinilor de foraj

A alege prăjinile de foraj (PF) icircnseamnă a stabili ndash tipul PF

ndash diametrul nominal (DPF) şi grosimea de perete (sPF)

ndash clasa (gradul) de rezistenţă ndash clasa de uzură

ndash intervalul de măsuri ale lungimii

Criteriile pe baza cărora se face alegerea PF sunt următoarele

1) rezistenţă maximă la solicitările statice şi variabile care se asigură prin alegerea

corespunzătoare a tipului de PF a clasei de rezistenţă şi a celei de uzură a PF a intervalului de

măsuri ale lungimii PF şi a unei măsuri a grosimii de perete cacirct mai mari

2) rezistenţă maximă la acţiunea mediului coroziv care impune alegerea corespunzătoare a oţelului

şi dacă este cazul alegerea PF cu acoperiri speciale anticorozive şi de asemenea a unei măsuri a

grosimii de perete cacirct mai mari

3) energie minimă consumată icircn timpul forajului care icircnseamnă

a) energie mecanică de rotaţie minimă care se asigură prin alegerea unor măsuri ale

diametrului nominal şi grosimii de perete cacirct mai mici 24

b) energie hidraulică minimă (consumată prin circulaţia fluidului de foraj)ceea ce

presupune o pierdere de presiune minimă la curgerea fluidului de foraj prin interiorul PF care

determină alegerea unei măsuri cacirct mai mici a grosimii de perete

4) energie minimă consumată icircn timpul manevrei GarF ceea ce presupune alegerea PF cu măsura

minimă a masei unitare

Diametrul nominal al PF reprezinta diametrul exterior al corpului PF DPF=DPFe (161)

Diametrul nominal al PF se determina in functie de Dsmasurile orientative fiind date in tabelul de mai jos

Ds mm 150170 150200 175225 200250 225300 gt250DPF mm(in) 889(3 frac12) 1016(4) 1143(4 frac12) 127(5) 1397(5 frac12) 1683(658)

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

Pentru diametrul sapei de foraj determinat icircn subcapitolul anterior Ds= 1715 mm = 634rdquo se alege diametrul nominal al prăjinii de foraj DPF =4 frac12rdquo = 1143 mm

Din STAS 8037 ndash 88 (vezi aplicatia 5 tabelul 1) se alege diametrul nominal standardizat 412rdquo E 75 cu urmatoarele caracteristici

- masa cu racorduri m1PF= 33 Kgm

- grosimea peretelui s= 1092 mm

- diametrul interior DPfi= 9246=925 mm

- aria prăjinii de foraj A= 3547 mm2

- modulul de rezistentă WP= 10583 cm3

- tipul icircngroşării EU

- gradul de rezistenta E 75

- presiunea exterioara limita pel= 894 bar= 894MPa

- presiunea interioara limita pil= 865 bar =865MPa

- forţa de tracţiune limita FtcL= 1834 kN

- momentul de torsiune limita MtLPF= 5003 kNm

- tipodimensiunea IFU a RSS NC46 (4IF)

Solicitari care duc la limita de curgere a RSS

- momentul de insurubare limita dpdv al curgerii materialului RSS

25

M i RS L=53 69 kNm

FtRSL = 4 664 kN (forţa de tracţiune limită dpdv al curgerii materialului RSS)

- momentul de insurubare recomandatM i r=27 3 kNm

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)

Se obtine

APF=π4sdot(114 32 mmminus92 462 mm)=3547 mm2

Se determina modulul de rezistenta polar al sectiunii transversale a corpului PF cu formula

W p=I p

DPF

2

(162)

unde I p este momentul geometric polar al sectiunii transversale a corpului PF

I p=π32

∙( DPF4 minusDPFi

4 )= π32

∙ DPF4 ∙[1minus( DPFi

DPF)

4] (163)

I p=π

32sdot114 34 mmsdot[1minus(925 mm

114 3 mm )4 ]=9569240 653 mm4=956 924 mm3

deci

W p=π

16sdotDPF

3 sdot[1minus( DPF i

DPF)

4]

(164)

Rezulta

W p=π

16sdot114 33sdot[1minus(92 5

114 3 )4]=167658 175 mm3

Calculul tensiunii de tractiune

σ tcl=F tcl

APF

(165)

26

σ tcl=1834 kN

3547 mm2 =1834 ∙ 103 N3547 mm2 =517056 ∙106 Pa

Aceasta tensiune arata limita de curgere minima conform tabelului cu caracteristicile

mecanice ale prajinilor de foraj pentru clasa de rezistenta E75 (vezi aplicatia 6) Limita de curgere

trebuie sa se situeze in intervalul 517hellip724 In cazul nostrum limita este 517 MPa care se

incadreaza intre valorile recomandate

-calculul tensiunii tangentiale τ=G∙θ ∙ r (166)

θ=M t

G ∙ I p

(16 7)

Unde G este modulul de elasticitate transversal al materialului din care se confectioneaza PFPentru otel G= 81010 Paθ- torsiunea specificar- raza punctului considerat din sectiunea transversala a corpului PF

θ= 5003∙ 103 Nm8 ∙ 1010 N m2 ∙ 0956∙ 10minus5m4 =653 ∙ 10minus2 1

m

τ=8 ∙1010 N

m2∙ 653 ∙ 10minus2 mminus1∙ 5785∙ 10minus2m=29855106

N

m2

Aceasta tensiune reprezinta tensiunea tangentiala de curgere

Lungimea ansamblului superior utilizat pentru forajul putului de exploatare se determina cu

expresia

LAn S=H MminusLAn PG (168) LAn S=3500 mminus162 m=3338 m

Se calculeaza numarul de PF

nPF=

LAn S

lPF (169)Considerand ca lungimea unei prajini este cea normala adica 9m se obtine

nPF=3338

9=37088

Se alege nPF=371 si se recalculeaza lungimea AnS

LAnS=371∙9m=3339 m

27

17Alegerea 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

garnitura stanga) [1]

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 masa rotativă 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 (658 REG) in timpul forajului după tubarea unei coloane de burlane prăjina

de antrenare trebuie uneori schimbată ndash diametrul cepului 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 de lucru 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 [1]

28

Fig 171 Prăjina de antrenare forjată a ndash pătrată b ndash hexagonală

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

Alegerea 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-cep

Se prefera alegerea unei prajini de antrenare forjate deoarece nu necesita reductii de legatura

proprii asa cum este cazul prajinii laminate

29

Fig172 Reducţii de legătură icircntre prăjina de antrenare (PA) şi racordul special (RS) denumite RLRS a ndash

reducţie dreaptă (pentru icircmbinări filetate cu aceleaşi dimensiuni) b ndash reducţie icircn trepte (pentru icircmbinări filetate cu

dimensiuni diferite)

Se alege o prajina de antrenare forjata patrata avand elementul de imbinare superioara de

tipul mufa cu filet stanga de tipul 658 REG pentru asamblarea cu reductie cap hidraulic(RLCH)

Pentru ansamblul superior al garniturii de foraj s-a stabilit ca se iau prajini de foraj de 4 12 in cu

racorduri speciale sudare(RSS) cu IEI si tipodimensiunea IFU NC 46

Ca urmare conform tabelului 1 aplicatia 7 se alege prajina de antrenare in varianta

constructiva 1(standard) cu dimensiunea nominala de 4 frac14 in Se foloseste o RLPA dreapta de

tipul mufa(NC46)-cep(NC46) ca in figura 172 a

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 infDPA

mm(in)DPAi mm

a mm

lPA m

mPAkg

1cep

6 58 REGmufăNC46

mufă6 58

REG

cepNC46

A (dreapta) NC46-NC46

108(4 14)

714 108 12192 800

30

18 Alegerea tipului de instalatie de foraj

Instalaţia de foraj reprezintă totalitatea maşinilor utilajelor si instalaţiilor necesare săpării unei sonde

Studiul pe sisteme al instalaţiilor de foraj corespunde principalelor operaţii care se efectuează

pentru forarea unei sonde precum si principalelor grupe de maşini si utilaje care intra in

componenta acestor instalaţii

Sistemele de lucru ale unei instalaţii de foraj sunt

1 Sistemul de manevra mdash SM- cu ajutorul căruia se realizează ridicarea si coboracircrea

sarcinilor

2 Sistemul de circulaţie - SC - care asigura circulaţia fluidului de foraj

3 Sistemul de rotire - SR - care realizează rotirea garniturii de prăjini in timpul forajului

In cazul instalaţiilor de foraj transportabile apare si sistemul de transport

Pentru asigurarea condiţiilor de funcţionare a sistemelor de lucru instalaţia de foraj mai

cuprinde sistemul de comenzi instalaţia de preparare si curăţare a fluidului de foraj dispozitive

de mecanizare si automatizare ansamblul de scule materialul tubular [1]

Alegerea instalaţiei de foraj se face pe baza sarcinii maxime utile (sarcinii maxime de lucru) FM (V APLICATIA 9)

In aplicatiile anterioare s-au determinat greutatile fiecarei coloane de burlane si anume

GCI(I)= 1413516 kN GCE= 722187kN

Rezulta ca cea mai grea CB GCBM=max GCI(I) GCE=1413516 kN

S-au ales pentru forajul putului de exploatare prajini grele cu DPG=6 in=1524 mm

DPGi=2 1316 in= 715 mm m1PG = 1115 kgm qPG=1094kNm LAnPG=135 m

Se determina greutatea AnPG

GAn PG=qPGsdotL An PG

(181)

si se obtine

GAnPG=1094kNm135m=14769kN

Greutatea unitara a PFse calculeaza folosind formula

qPF=m1 PFsdotg (182)

qPF=33kgm

sdot9 81m

s2=323 73

Nm

31

Greutatea AnS va fi

GAn S=qPFsdotLAn S (183)

GAn S=323 73Nm

sdot3 339sdot103 m=1080 934kN

Greutatea GarF se obtine insumand greutatea AnPG si greutatea AnS

GGar F=GAn PG+GAn S (184)

Se obtine

GGar F=147 69 kN+1080 934 kN=1228 624 kN

Se considera ca cea mai grea GarF este garnitura utilizata pentru forajul putului de exploatare

GGar F M=1228 624 kN

Alegerea IF se face pe baza sarcinii nominale de la carlig si a tipului de actionare

FM =max FM T FM D (185)

Sarcina maxima utila de tubare se calculeaza cu formula[1]

FM T

=GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+(1+kmf( M ) )sdot

ac

( M )

g ] (186)

in care

k r(M )estecoeficientul fortei de frecare la ridicarea coloanei de burlane intre peretele putului si

fluidul de foraj k mf(M )minusiquestcoeficientul de masa al fluidului de foraj din interiorul coloanei aderent la

coloana ac(M )- acceleratia miscarii carligului in cazul ridicarii sarcinii normale

kDij- coeficientul diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

ρ0 ndashdensitatea otelului din care sunt confectionate burlanele

ρf -densitatea fluidului de foraj

Coloana fiind considerată plină cu fluid de foraj cu aceeaşi măsură a densităţii ca şi aceea

din interiorul puţului forat coeficientul k mf(M ) se determină cu formula [1]

k m f=ρf

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1] (187)

unde DCB este diametrul nominal al CB GCBM ndash greutatea celei mai grele coloane de burlane Sfa- grosimea startului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al coloanei de burlane

32

LCB ndash lungimea CB lj ndash lungimea tronsonului de ordinul j kDij ndash coef diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

K Dij=Dibj

DCB

(188)

Pentru CI(I) de 858in vom avea

DCI(I)=858in= 2191 mmntCI(I)=6

sB jisin 10 16 10 16 8 94 10 16 10 16 11 43 mmDi B jisin 198 8 198 8 2012 198 8198 8 196 8 mm

k Di jisin 0 907 0 907 0 918 0 907 0 907 0 898 l jisin 255 325 460 520 395 705 m

LCI(I)=HCI(I)=2660m

=125tm3

sf a=0 653 mm grosimea stratului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al CB

iquestsumj=1

6

(1minusk Di j2 )sdotl j=

(1-09072)sdot255+(1minus09072 )sdot325+(1-09182 )sdot460+ (1minus09072 )sdot52 0++ (1-09072)sdot39 5+(1minus0 8982)sdot705=473 972 m

Se admite

k r(M )=02

si ac

(lt M )=1 ms2 Se obţine

Sarcina maxima utila la tubare

FM T =1413 516 kN sdot[(1minus1 25 t m3

7 85 t m3 )sdot(1+02 )+ (1+0 745 )sdot 19 81 ]=1677 556 kN

Sarcina maxima utila de degajare a celei mai grele garnituri de foraj se determina cu relatia[1]

FM D =GGar F Msdot(1minus ρ f

ρo)+FD M

FD M este forta de degajare maxima FD M =300kN

33

k m f(M )=

ρ f

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

5

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1]=

Măsura lui FDM se apreciază icircn funcţie de măsura lui HM conform tabelului 1 aplicatia 9

FM D =1228 624 kNsdot(1minus1 25 t m3

7 85 t m3)+300 kN=1332 983

kN

Conform rezultatelor de mai sus se obtineFM

=max 1677 556 1332983 kN=1677 556 kN 9 81≃171 0047 tf

Ca urmare se poate alege o IF transportabilă pe cale terestră pe subansamble (SAn) din clasa F 200 (vezi [1])

Tipul acţionării se alege icircn funcţie de posibilitatea de alimentare cu energie electrică a IF icircn

zona de amplasare de instalaţiile aflate icircn dotarea firmei de foraj şi de costul comparativ al

combustibilului şi al energiei electrice din perioada cacircnd o să lucreze instalaţia icircn situaţia icircn care

firma dispune de instalaţii cu acţionări neautonome sau autonome

Se admite că situaţia din zona de amplasament a IF impune o acţionare de tipul DH Avacircnd

icircn vedere acest lucru rezultă că se poate alege o IF de tipul

F-200-2DH (T(SAn))

19 Concluzii

Pe baza datelor luate din materialul didactic si standardele nationale cat si internationale s-a

facut un calcul teoretic de alegere al instalatiei de foraj Luand in consideratie ca mediul real poate

aduce un aport negativ asupra calculelor teoretice in rezultatele prezentate mai sus s-au luat niste

coeficienti de siguranta care sa acopere riscurile posibile totodata s-a constatat ca desi pentru

Sonda 7 Pacurari este necesara o instalatie mai mica decat cea aleasa am fost nevoit sa aleg anume

F200-2DH deoarece conditiile tehnico-economice presupun utilizarea tipului utilajului folosit deja

in industria petroliera si standardizat conform normelor STAS si API

2 PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

21 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

34

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

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 arborele 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 [1]

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 MBM 820 cu supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului DH de tipul GF-820+CHC-750-2 sunt

prezentate icircn fig 21 Se analizează dependenţele funcţionale reprezentate de aceste curbe (vezi

aplicatia 13)

35

Fig 2 1 Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului de acţionare de tipul DHformat din GF 820 şi CHC-750-2 pentru reglarea motorului diesel la sarcină plină

şi funcţionarea lui cu gradul maxim de accelerare (la care puterea maximă amotorului este puterea nominală Pn) şi funcţionarea lui cu gradul maxim deaccelerare MI MII ndash momentul dezvoltat la arborele primar (I) respectiv laarborele secundar (II) al CHC ωI ωII ndash viteza unghiulară PI PII ndash puterea

ηCHC ndash randamentul CHC

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (210)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (211)

Tabel 311 Parametrii functionali ai grupului de actionare GF-820 + CHC-750-2

36

Fig 211 Curba caracteristica exterioara a CHC este o caracteristica flexibila cresterea momentului rezistent este

preluata de CHC prin reducerea importanta a vitezei unghiulare a arborelui secundar

Din aceste grafice se deduce ca pentru ηm= 07 DEF al CHC-750-2 reprezentat prin ηCH ϵ

[0700 0847] nII ϵ [275 950] rotmin MII ϵ [14730 4000] kNm

Din datele obinute rezulta avantajele utilizarii CHC in cadrul GA de tipul DH

1 CHC lucreaza ca un variator continuu de viteza adica ωII se modifica automat si continuu odata cu variatia momentului rezistent aplicat arborelui secundar astfel se spune ca CHC isi regleaza regimul de functionare deci CHC permite o autoadaptare a GA la sarcina

2 Utilizarea CHC simplifica lantul cinematic al IF37

3 CHC protejeaza motorul Diesel impotriva suprasarcinilor si a socurilor transmise de la antorul sistemului de lucruinclusive in situatia blocarii secundarului

Fig 212 Curbele caracteristice pentru sarcina plina ale motorului MBM-820 si curba puterii in functie de sarcina plina a aceluiasi motor

22 Alegerea modului de acţionare

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

38

Instalaţiie 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[1]

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

39

Fig 221 Schema structural-functionala a unei instalatii de foraj cu mod de actionare centralizatin varianta MAC2 cu

actionare DH

S-a ales varianta MAC2 in care PN este actionata separat formand impreuna cu GA si transmisiile mecanice respective un grup motopompa (GMP) dupa cum TA este DH vezi 1[1])

23 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

1 pompe centrifuge pentru hidrocicloane2 site vibratoare 3 agitatoare4 pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de foraj5 pompe centrifuge pentru apa6 pompe centrifuge pentru chimicale7 pompe pentru reziduuri8 pompe pentru combustibil9 comanda hidraulica a prevenitoarelor10 instalaţie pentru uscarea aerului11 agregate pentru icircncălzire12 maşini-unelte13 agregat pentru sudura

40

14 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

Tabel 231 Consumatorii auxiliari de forta utilizati in cadrul IF de tipul F200-2DH si puterea lor

NrCrt

Denumirea consumatorilor Puterea motorului

kW

NrmotoarePuterea totala

kW

A Instalatia de foraj propriu-zisa

1 Site virbatoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 10 75

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa racire troliu 75 1 75

5 Pompa apa racire frina hidraulica 75 1 75

6 Pompe instalatie amestec chimicale 3 2 6

7 Pompe combustibil 3 2 6

8 Pompe ulei 15 1 15

9 Pompe de preparare a fluidului de foraj 75 2 150

10 Pompa baterie denisipare 55 1 55

11 Pompa baterie desmiluire 50 1 50

12 Instalatie degazeificare 5 1 5

13 Degazeificator 30 1 30

14 Instalatie de preparare centrifuga 20 3 60

15 Instalatie transport material pulverulent 4 1 4

16 Dispozitiv salvare garnitura 20 1 20

17 Dispozitiv strins-slabit 11 1 11

18 Dispozitiv manevra prajini grele 75 1 75

19 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

20 Pod tubaj reglabil 75 1 75

21 Instalatie comanda prevenitoare 11 1 11

41

22 Instalatie de uscare aer 15 1 15

23 Instalatie iluminat normal 18 1 18

24 Instalatie iluminat siguranta 08 1 08

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

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

PCsAF = 5928 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

24 Calculul puterii instalate

Puterea instalata a IF (Prsquo) reprezinta puterea motoarelor utilizate pentru actionarea

antoarelor principale a celor auxiliare si pentru actionarea celorlalte utilaje si instalatii folosite

pentru executarea diverselor operatii auxiliare

Prsquo = P + PCsAF (241)

P = n Pn (242)

Pn-Puterea nominala a motorului MB820 Pn= 655 kW

n-numarul de motoare folosite

P = (2+2) ∙ PnP = (2 + 2) 655kW = 2620 kW

Prsquo= 2620 kW + 5928 kW = 32128 kW

25 ConcluziiIn capitolul 2 s-au ales grupurile de actionare Alegerea s-a facut pe baza analizei

parametrilor motoarelor si caracteristicile acestora s-a evidentiat modul de utilizare al acestor

grupuri de actionare astfel incat sa fie satisfacute conditiile de tehnologicitate si economicitate

Acest lucru s-a facut pentru a obtine niste parametri de lucru cat se poate eficienti si economici

deoarece in cazul neindeplinirii uneia din conditii se pot intampla atat stagnari ale procesului

normal de foraj (uneori poate chiar si cu consecinte catastrofale) cat si pierderi financiare mari

42

3 ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ SI PREZENTAREA PARAMETRILOR SI CARACTERISTICILOR LOR

31Alegerea capului hidraulic

Fig31 Secţiune prin CH (reprezentare schematică (a) şi reprezentare constructivă (b))1 ndash corp (oală) 2 ndash bolţ 3 ndash toartă (biglu) 4 10 ndash rulment cu role cilindrice (de ghidare) 5 11 ndash garnituri de

etanşare 6 ndash rulment axial principal cu role conice 7 ndash fus 8 ndash reducţie 9 ndash rulment axial secundar cu bile 12 ndash felinar (capac) 13 ndash lulea 14 ndash piuliţă inferioară 15 ndash ţeavă de spălare 16 ndash cutie de etanşare 17 ndash etanşarea icircntre

partea superioară a ţevii de spălare şi lulea 18 ndash piuliţă superioară 19 ndash şuruburi de fixare

Capul hidraulic [1] (CH) este un utilaj care face parte din ansamblul de antrenare a GarF

El reprezinta nodul de legatura intre cele trei echipamente principale (EqPr) ale IF echipamentul

de circulatie (EqC) echipamentul de rotatie (EqR) si de manevra (EqM)

CH este suspendat in ciocul cirligului triplex cu ajutorul toartei sale La randul sau CH sustine

garnitura de foraj prin intermediul reductiei de legatura si al prajinii de antrenare De luleaua CH

se monteaza furtunul de noroi

43

Ca urmare functiunile CH sunt

1 Sustinerea GarF in timpul forajului

2 Permiterea rotatiei GarF

3 Conducerea fluidului de forajsub presiunede la FN la PA prin lulea teava de spalare

fus si RLCHin cazul circulatiei directe

Marimile fizice principale ale CH1 marimile functionale

- sarcina de lucru maxima

- turatia maxima a fusului

- presiunea maxima a fluidului de foraj

2 marimile dimensional-constructive

- diametrul interior al tevii de spalare

- tipo-dimensiulnile de legatura

3 marimile de anduranta

- sarcina limitacapacitatea in functie de rulmentul principal

- durabilitatea rulmentului principal

- durabilitatea etansarii tevii de spalare

Fig 31 Capul hidraulic (CH) montat icircn ciocul cacircrligului icircn timpul forajului

Alegerea capului hidraulic se face pe baza sarcinii maxime de lucru (FCH M

) si trebuie sa echipeze instalatia de foraj F200-2DH [1]

44

FCH M

geF M

(31)

FM =200 tf

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

(32)

Capetele hidraulice construite icircn Romacircnia sunt tipizate conform SR 5736 [66] care este

elaborat icircn concordanţă cu API Spec 8A [67] şi API Spec 8C [68]

Din tab 62 Cap 6 6 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH ndash 320 (ndash40degC) SR 5736

necesar instalaţiei de foraj alese F200

CHndash320 (ndash40degC) SR 5736 este un cap hidraulic echipat cu rulment axial-oscilant cu role

butoi cu sarcina maximă de lucru de 320tf care lucrează icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash

40degC

Conform SR 5736 acest tip de CH se caracterizează şi prin

Sarcina limită sau capacitatea maximă icircn funcţie de rulmentul principal FRLCH=147tf

pM = 35MPa nM = 300 rotmin di = 762 mm LP 4 (filetul de legătură al lulelei cu FF) 6⅝

REG LH (filetul de legătură cu RLCH)

32Alegerea ansamblului macara carlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 32 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]

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia [1]

FMC ge FCM (321)

Din tab32 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32-1250 MC -300 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii

45

Tabel 31 Caracteristicile Ansamblului Macara-Carlig

Tabelul 32 Tipurile de macarale-cacircrlig construite icircn Romacircnia şi caracteristicile lor (cf [69])

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (32)

GMC =8610t middot 981 ms2 = 84464 kN

46

UnMas F200Denumire 5-32MC-300

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300

Nr Roti manevra - 5

Diam cablului mm 32

Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140

Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in f-ie de rulmenti US tonf 347

Masa t 8610

Fig 32 Construcţia ansamblului-cacircrlig mono-bloc 1 ndash cacircrlig triplex 2 ndash bolţ 3 ndash pahar şi rulment axial 4 ndash tijă 5ndash piston 6 ndash arcuri de destindere 7 ndash piesă de legătură icircntre ansamblul cacircrligului şi macara 8 ndash axul macaralei 9 ndash role 10 ndash rulmenţii macaralei 11 ndash plăci laterale

33Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul de foraj reprezinta partea fixa a masinii macara-geamblac Se monteaza in

grupul mastului pe grinzi numite coroana geamblacului Este format dintr-un ax pe care se

monteaza un anumit numar de role (z+1) prin intermediul unor rulmenti Fiecare rola se misca

independent de celelalte (z-numarul de role de la macara) [1]

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

-geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţie romacircnească Avantajul acestui tip

constructiv este acela că este o construcţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

- 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

47

c geamblacul de foraj din două blocuri

- geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se pot roti şi interschimba asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

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

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

a geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

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

b geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

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 ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia [1]

Fig 331 Geamblac cu o roata separata

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 332

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

Alegerea geamblacului de foraj se face in functie de sarcina de lucru maxima de diametrul cablului utilizat de tipul cablului de manevra de tipul macaralei respectiv de tipul ansamblului macara-carlig

48

Pentru instalatia F200-2DH se alege unul din geamblacurile tipizate care sa indeplineasca cerintele impuse

Fig 33 2Geamblac monobloc 1 ndash suport (prin care GF se montează prin şuruburi de coroană ramă) 2ndash ax 3 ndash rolă roată 4 ndash rulment radial-axial cu role conice pe două racircnduri 5 ndash disc distanţier 6 ndash bucşă distanţieră 7 ndash ungător cu bilă (folosit pentru ungerea consistentă a rulmenţilor) (canalele de ungere sunt practicate icircn plan orizontal) 8 ndash placă de presare 9 ndash apărătoare

Pentru instalatia de foraj F 200 se va folosi un geamblac A 6 -32-1250GF-300 (-400C)(vezi [1] cap 54 tab56)adica geamblac de foraj cu 6 roţi role pe ax cu diametrul cablului de manevră de 32 mm

diametrul exterior al rolei de 1250 mm sarcina maximă de lucru 300tfşi temperatura de lucru de ndash

40degC Din tabelul 56 Cap 5 [1]se observă că acest tip de geamblac face parte din clasa

echipamentului (de manevră) 450

Tabel 33 Caracteristicile GeamblaculuiUnMas

Denumire 6-32GF-300Sarcina maxima la coroana geamblacului tf 400

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300Nr Roti manevra - 6

Diam cablului mm 32Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in functie de rulmenti US tonf 416Masa t 28

49

34Alegerea elevatorului 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

Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane de tubare (B-ElPCB) (bdquocasing slip

elevator-spiderrdquo icircn lb en) este o sculă de manevră care se foloseşte icircn timpul tubării puţurilor

atacirct pentru susţinerea coloanei de burlane (CB) ca broască cu pene aşezată pe masa rotativă

(MR) cacirct şi pentru săltarea din penele broaştei şi introducerea coloanei icircn puţ ca elevator (cu

pene) Deci aceste scule se folosesc icircn pereche icircn timpul tubării puţurilor una aşezată pe MR

susţine CB prin icircmpănare icircndeplinind funcţia de broască cu pene (vezi fig 341) iar cealaltă

care este susţinută icircn chiolbaşi avacircnd rolul de elevator (cu pene) se prinde tot prin icircmpănare pe

burlanul care s-a adăugat prin icircnşurubare la coloană saltă CB din broasca cu pene şi o susţine icircn

timpul introducerii ei icircn sondă (vezi fig 342)

Fig 342 Tragerea burlanului pe jilip cu ajutorul unui elevator de tras burlane pentru a fi icircnşurubat icircn

coloana susţinută icircn broasca cu pene

50

Fig 343 Varianta de elevator (cu pene) (cu inel ridicător) a broaştei-elevator cu pene cu două semicorpuri care este susţinută icircn ochiurile inferioare ale chiolbaşilor (11) icircn timpul introducerii coloanei de burlane (12) icircn puţul care se tubează 1 ndash corp carcasă 2 ndash umăr 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă de siguranţă 5 ndash corp de pană 6 ndash bacuri 7 ndash pacirclnie de ghidare 8 ndash cadru ridicător 9 ndash icircmpingătoare 10 ndash mecanism cu pacircrghii de ridicare

Din punct de vedere funcţional se deosebesc tipurile bull broască cu pene (BP) bull elevator cu pene (ElP)

Fig344 Broasca-elevator cu pene

51

In figura 344 este reprezentata Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane (broasca cu pene icircn partea de sus stanga elevatorul cu pene icircn partea dreapta şi vedere de sus a elevatorului cu pene icircn partea de jos) 1ndash corp 2ndash umăr braţ superior 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă (siguranţă pentru chiolbaşi) 5 ndash poartă uşă 6 ndash pene 7 ndash bacuri 8 ndash placă de sprijin (pe masa rotativă) 9 ndash guler de protecţie şi ghidare 10 ndash pacirclnie de ghidare HB ndash icircnălţimea broaştei cu pene HE ndash icircnălţimea elevatorului cu pene l ndash lăţimea broaştei-elevator

Alegerea elevatorului cu pene se face din conditiile urmatoare

FPgtFCBM

(341)

unde

FPleFBminusEl PCB

(342)

Studiind oferta companiei STEROM SA Cacircmpina conform ([1] cap 8 tab88) se alege un elevator cu pene de tipul

B-ElPCB 4frac12 ndash 13⅜ in x 350 ts (9⅝ x 275 ts x 8⅝) (ndash 45ordmC)

icircnseamnă broască-elevator destinată utilizării pentru burlane cu diametrul nominal cuprins

icircntre 4frac12 in şi 13⅜ in (inclusiv) cu sarcina nominală (sarcina maximă de lucru) de 350 ts (320tf)

echipată cu pene set de pene de 958 in cu sarcina nominală (maximă de lucru) de 275 ts (250 tf)

icircn care sunt montate bacuri de 858 in adică această broască-elevator este echipată pentru susţinerea

unei CB de 858 care determină icircn timpul manevrei ei o sarcină maximă la cacircrlig de cel mult 275ts

(250 tf) Ea este executată să lucreze icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash 45 ordmC

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

21t∙981ms2 =20601kN

35 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatorul pentru prăjini de foraj (ElPF) (bdquodrill pipe elevatorrdquo icircn lb en) este o sculă de

manevră care se foloseşte pentru susţinerea garniturii de foraj (GarF) icircn timpul extragerii şi

introducerii ei icircn sondă El prinde sub mufa PF şi este agăţat prin umerii săi icircn ochiurile

inferioare ale chiolbaşilor

ElPF se compune din

52

ndash două corpuri articulate care se icircnchid pe PF prevăzute cu cacircte un umăr cu care se suspendă icircn

ochiurile inferioare (mici) ale chiolbaşilor

ndash icircnchizatorul celor două corpuri

ndash eclise cu bolţuri prinse icircn umeri pentru asigurarea contra ieşirii chiolbaşilor

Elevatoarele se deosebesc prin forma lor modul de icircnchidere a celor două corpuri şi forma

suprafeţei de rezemare a prăjinilor

Din punctul de vedere al icircnchiderii se diferenţiază

ndash ElPF cu icircnchidere centrală (ElPFIcircC)

ndash ElPF cu icircnchidere laterală (ElPFIcircL)

După forma suprafeţei de sprijin al PF se disting

ndash ElPF cu scaun drept (ELPFSD) deci cu suprafaţă de rezemare dreaptă folosite pentru

manevrarea prăjinilor de foraj cu racorduri speciale sudate cu umăr drept (RSSUD) sau cu

racorduri icircnfiletate [1]

Fig 351 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun conic

ndash ElPF cu scaun conic (ElPFSC) care dispun de o suprafaţă de rezemare interioară tronconică cu unghiul de icircnchidere standardizat de 18deg ca şi mufele racordurilor speciale sudate cu umăr conic (RSSUC)

53

Fig 352 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun dreptElevatoarele sunt tipizate prescripţiile generale fiind prevăzute de API Spec 8A [85] şi

Spec 8C [86] Icircn fig 88 este reprezentat un ElPF cu scaun conic iar icircn fig 89 un ElPF cu scaun

drept

In figura 34 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic

Fig 34 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Alegerea elevatorului pentru prajini se face in functie de tipul prajinilor de foraj

1 Daca prajinile sunt cu recorduri speciale infiletate atunci cu scaun drept

2 Daca prajinile sunt cu racorduri speciale sudate atunci cu scaun conic

La alegerea elevatorului trebuie indeplinita conditia

FElgtFGar FMn

(sarcina normala utila de la carlig) (351)

icircn care FGar FM

este sarcina maximă care apare icircn timpul manevrării garniturii pacircnă la adacircncimea

maximă de foraj a puţului respectiv

54

Pentru că prăjinile de foraj sunt cu RSSUC si FGar FM

=122863kN conform tabelului 85

[1] cap 8 se alege un elevator cu scaun conic cu urmatoarea nominalizare

Elevator cu scaun conic 4frac12 x 1214 x 250 adica

elevator cu scaun conic cu dimensiunea nominală de 4frac12 ( pentru prăjini de foraj cu

RSSUC cu diametrul nominal de 4frac12 DPF = 4frac12) cu diametrul interior de 1214 mm (ceea ce

icircnseamnă că se utilizează pentru prăjini cu capetele fie cu II fie cu IEI (conform tabelului 85 cap

8) şi cu sarcina maximă de lucru de 250 tf cu masa mEl=1828kg conform NR 05-1018R STEROM

SA

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

ELpF= mEl middot g (253)

GEl = 1828 kg middot 981 ms2 = 18 kN

36Alegerea chiolbasilor

Chiolbaşii (Ch) (bdquothe drilling linksrdquo bdquoelevator linksrdquo icircn lb en) denumiţi şi bdquobraţele de

elevatorrdquo sunt scule de foraj care fac legătura icircntre cacircrlig şi elevator fiind utilizaţi icircn timpul

manevrei garniturii de foraj (GarF) şi coloanelor de burlane (CB)

Ei se agaţă cu ochiurile superioare de umerii cacircrligului şi susţin cu ochiurile lor inferioare

elevatorul prin umerii acestuia (vezi fig 361) Astfel sarcina datorată GarF sau CB este

preluată prin intermediul elevatorului de către Ch care o transmit cacircrligului [1]

55

Fig 361 Ansamblul format din macara-cacircrlig chiolbaşi şi elevator icircncare este susţinută garnitura de foraj icircn timpul manevrei acesteia

Din punct de vedere al sarcinii de lucru exista 3 tipuri de chiolbasi

1 Usor (sarcini mici)

2 Mediu (sarcini medii)

3 Greu (sarcini mari)

Tipul usor are forma de za alungita iar cel mediu si greu ndash de bara prevazuta la ambele capete cu

ochiuri

Chiolbasii se executa prin forjare in matrita dintr-o singura bucata de otel slab aliat de

constructii pentru a se asigura o rezistenta mare atat prin fibrajul obtinut prin procedeul tehnologic

respective cat si prin compozitie si prin TT folosit

Fig 362 Diferite tipuri de chiolbaşi

Alegerea chiolbasilor se face in functie de sarcina de lucru si de lungimea nominala

Fig 363 Tipurile de chiolbaşi şi dimensiunile lor principale a ndash chiolbaş de tipul uşor b ndash chiolbaş de tipul mediu c ndash chiolbaş de tipul greu C2 ndash raza de curbură interioară a ochiului superior G1 ndash raza de curbură interioară a ochiului

56

inferior D2 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului superior cu umărul cacircrligului H1 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului inferior cu umărul elevatorului d d1 ndash diametrul barei L ndash lungimea de lucru (dintre

punctele de sprijin pe umărul cacircrligului şi pe umărul elevatorului)

Conform normelor prevazute pentru F200-2DH se aleg chiolbasi de tip greu serie Chiolbaşi 69 x 2100 x 320

Gama de sarcini Fch = 320 tf perDimensiuni principale- d1 = 85 mm- C2 = 108 mm

- G1 =70 mm- D2 = 34 mm - H1 = 345 mm- Lungimea totala Lch = 2100 mm- Masa netă informativă mch = 247 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (36)

GCh = 247 kg middot 981 ms2 = 243 kN

37Alegerea cablului de manevra

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

1 la manevră cablul de manevră sau de foraj

2 la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcărit

3 la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancoră

4 pentru rabaterea turlei cablul de praştie

5 la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electrici

Cablurile 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

57

1 de acelaşi diametru 5 la fire2 de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 371)

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

Fig 371 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

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

1 organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)

2 metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)

3 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 ]

58

Fig 372 Cablarea a ndash icircnfăşurarea spre dreapta b ndash icircnfăşurarea spre stacircngac ndash cablarea icircn cruce stacircnga (ZS) d ndash cablarea icircn cruce dreapta (SZ)e ndash cablarea paralelă dreapta (ZZ) f ndash cablarea paralelă stacircnga (SS)

Alegerea cablului se face pe baza sarcinii sale reale minime de rupere (Srm) astfel icircncacirct să fie satisfăcută condiţia de rezistenţă (vezi [1])

Srm gecM middot FM (37)

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

CM - coeficientul de siguranţă pentru operatiile de tubare si instrumentatie care se accepta egal cu

valoarea 2 conform API Spec9B iar FM ste forta maxima din RA a infasurarii cablului Ea se

determina cu expresia[1]

(372)

in care FM este forta totala care actioneaza asupra ramurilor din cablu z ndash nr de role de la macaraηMminusG - randamentul masinii macara-geamblac la ridicareRandamentul masinii macara-geamblac la ridicare se obtine cu relatia (cf[1])

ηMminusG=β2 ∙Zminus1

2 ∙ Z ∙ β2 ∙Z ∙ ( βminus1 ) (373)

unde β este inversul randamentului unei role

β= 1ηRo

(374)

pentru care se admite valoarea β =104 conform API iar ηRo =096 (API) randament role

59

FM=FM

2sdotzsdotηM minusG

Conform tipului de ansamblu MC ales z =5 Atunci rezultă

ηMminusG =

1 04225minus12sdot5sdot1 042sdot5 (1 04minus1 )

=0 811

Forţa F M se calculează cu expresia (conform [1])

FM =F M +GoTsdot(1+

ac(M )

g )

(375)

unde FM

este sarcina maxima utila la carlig GoT - greutatea moarta la tubare g- acceleratia

gravitationala g= 981 ms2 ac(M )

- acceleratia miscarii carligului are valori cuprinse in domeniul

[0515]∙ ms2

Greutatea moartă la tubare se determină ţinacircnd cont de greutatea elementelor ansamblului

MC a chiolbaşilor (Ch) a elevatorului cu pene (ElP) şi a ramurilor de cablu dintre macara şi

geamblac

GoT =

GMC+G ch+GEl P+GCM

(376)

Deoarece la acest moment nu se cunoaşte tipodimensiunea cablului şi ca urmare masa sa unitară se face aproximaţia

GoT iquestGMC+G ch+GEl P (377)

rezulta

GOT=8446 kN+243kN+20601 kN=1075 kN

Ştiind tipul IF se determină

FM

=200tf= 200∙981 =1962kNSe accepta

ac(M )=1 m s2

si se obtine

FM =1962 kN+107 5 kNsdot(1+ 19 81 )=2080 46 kN

60

Se calculeaza

F =

2080 46 kN2sdot5sdot0 811

=256 531 kN

Se determină sarcina reală minimă de rupere necesară a cablului cu formula

Srmnec gecM middot FM (378)

c M=2 ( conform API) si rezulta

Srmnec =2∙256531kN=513062kN

Se alege un cablu Seale cu o măsură a lui Srm astfel icircncacirct să fie icircndeplinită condiţia următoare

Sr mgtSr m nec

(379)

Ca urmare din [1] tabelul 52 se constată că se poate alege

Cablu Seale 6x19-32-1570 SZ STAS1689-80

caracterizat prin

nT=6 nr toroane

n f=19=1+9+9 nr fire din fiecare torondc=32 mm diametrul nominalRm=1570 MPa rezistenta minima de rupere a sarmelorSr m=531 32 kN sarcina reala minima de rupered0=3 mm diametrul sarmelor centraled1=1 45 mm diametrul sarmelor intermediared2=26 mm diametrul sarmelor exterioarem1 C=3 89 kg m masa unitara

Tipul cablării cruce dreapta (SZ) adică sensul de icircnfăşurare a firelor icircn toron este spre stanga(S) iar sensul de icircnfăşurare a toroanelor icircn cablu este spre dreapta (Z)Sr m=531 32gtSr nec=513 062 kN

Deci conditiaSr mgtSr nec este satisfacuta

Se reia calculul pentru verificare

61

Trebuie sa recalculam FM tinand cont si de greutatea cablului GCM

GCM =2sdotzsdotlr CM(M ) sdotqc (3710)

qc - greutatea unitara a cabluluiqc =m1 Csdotg (3711)

qc =3 89 kg msdot9 81 m s2=38 161 N mlr CM(M ) =(15 m+lp )+sminuslb (3712)

lr CM(M )

=(15 m+27 m)+65 mminus9 m=26 m

in care s=65m ndash spatiu de siguranta lb=9m lungimea unui burlanlp=27m lungimea pasului

GCM=2sdot5sdot26 msdot38 161 N m=9 922 kN

GoT=107 5 kN+9 922kN=117 422kN

Pentru IF F200-2DH vom avea

F =

2091 413 kN2sdot5sdot0 811

=257 88 kN

c M=Sr m

F c M=531 32kN

257 88 kN=2 06gtc=2

Tabelul 375 Parametrii caracteristici ai cablurilor Seale 6 x 19 conform STAS 1689-80

38 Alegerea troliului de foraj

62

FN=200sdot9 81kN+117 442kN (1+ 19 81

)=2091 413kN

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

HBC3 = 1 middot 3500 m= 3500 m

Astfel datele obtinute sunt inscrise in tabelul 12

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

Ls=Lsj=ΔHCBj=HCBj-HCBj-1 j = l2nCB (14)

Diametrul nominal al CB (DCB) este diametrul 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 plecand de la masura

impusa diametrului CE si folosind relatiile si consideratiile prezentate in [1]capitolul 1 (vezi

subcapitolul 13 Elaborarea programului de tubare)

In tabelul 12 sunt concentrate aceste valori exprimate atat in inch cat 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 CE

Masura diametrului mufei pentru fiecare coloana se preia din STAS 875-86 tabel 13

Spatiul inelar pentru fiecare CB δCBJ se calculeaza cu expresia de definitie( vezi [1])

δCBj=05 ∙(DSPj-DMCBj) (14a)

δCBj este jocul dintre peretele găurii forate şi mufa burlanelor consideracircnd o aşezare

concentrică a CB faţă de gaură

Valorile determinate prin calcul se compara cu masurile recomandate si anume δCBr

Se 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 (diametrul interior minim al CBj) 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(vezi [1])

δimCBj-1=05 ∙(DimCBj-1-DSPj) (14b)

in care

δimCBj este jocul interior minim al CBj RCBr- raţia spaţiului inelar

CSICBr este coeficientul de spaţiu inelar

5

O altă mărime prin care se apreciază reuşita operaţiilor de tubare a puţului şi de cimentare a coloanei de burlane este coeficientul de spaţiu inelar definit icircn felul următor (vezi [1])

CSI CB=2 ∙ δCB

DM CB

(15)

Raţia spaţiului inelar (RCBj) se determină cu relaţia sa de definiţie (vezi [1])

RCB j=δCB j

D S

(16)

Conditiile de foraj pentru sonda studiata sunt normale

Tabel 13Măsurile diametrului exterior al mufei(DMCB) pentru burlanele cu filete S L şi B

6

12 Determinarea profilurilor coloanelor de burlane si a greutatii fiecarei coloane

Determinarea profilului unei coloane de burlane de ordinul j (CBj) (vezi [1] aplicatia 3) 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 (qBi i = 1 2 ntj)

Stabilirea structuriicomponentei CB se face in functie de solicitarile burlanelor de la adancimea la care acestea sunt amplasate in cadrul coloanei

Se 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 foraj (pef)

Se determina profilulstrucura fiecarei CB care echipeaza Sonda 7 Pacurari ajutorul diagramelor de tubare

Diagrama de tubare este o reprezentare a pozitiei fiecarui tronson de burlane impreuna cu caracteristicile sale (lBi sBi CBi) in cadrul CB in functie de adancimea 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) calculata la cele doua actiuni principale (Ga si pef) considerand o anumita masura a densitatii fluidului de foraj si anumite valori ale coeficientilor de siguranta la turtire si la smulgerea din filet (conform fig 11)Pentru adancimea de introducere a coloanei de ordinul j (adancimea de tubare a putului de ordinul j HTI) se traseaza o iinie verticala pana 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 verticala trasata astfel trece prin mai multe domenii fiecare dintre acestea apartinand 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 SBIsi 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 (121)

Astfel sunt puse in evidenta numarul de trosoane de burlane din care este alcatuita

coloana respectiva de ordinul j (ntj) si de asemenea pozitia (Li-1 si Li) si caracteristicile fiecarui

tronson de burlane (lBi sBi CBi) Datele obtinute in acest fel sunt concentrate intr-un tabel

7

Cunoscand 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 (122)

Apoi se determina greutatea fiecarui tronson de burlane

GBi=qBi∙lBi i=1 2 ntj (123)

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

GCBj= sumi=1

nt j

G B i (124)

8

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

9

Fig 122Determinarea profiluluistructurii CE de 5 in cu filet L din componenta Sondei 7 cu ajutorul diagramei de tubare a accstui tip de coloana

Tabelul 122 Caracteristicile coloanei de exploatare (CE) de 5rsquorsquo cu filet L

CB3=CE DCE=5 in tip IF-APIL HT3=3500 ρf=1500 kgm3 nT3=7

i 1 2 3 4 5 6 7Li-1 m 0 120 625 1025 1060 1650 2550Li m 120 625 1025 1060 1650 2550 3500

lBI m 120 505 400 35 590 900 950

CBI P110 N80 J55 J55 J55 N80 P110

10

SBi m 752 752 752 643 752 752 752

m1Bi kgm 2234 2234 2234 1936 2234 2234 2234

qBi Nm 219155 219155 219155 189921 219155 219155 219155

GBi kN 26298 110673 87662 6647 85470 19724 208197

GCB3 kN 722187

undentj reprezinta numarul de tronsoane de burlane lBi ndash lungimea fiecarui tronson de burlane

NBi ndash numarul de burlane din fiecare tronson CBi ndash clasa de rezistenta a otelului din care se

confectioneaza burlanele din fiecare tronson sBi ndash grosimea de perete a corpului burlanului din

fiecare tronson m1Bi qBi ndash masagreutatea unitara a burlanelor carecompun fiecare tronson

Fig 122Determinarea profiluluistructurii CB de 858 in cu filet L din componenta Sondei 7

Tabelul 123 Caracteristicile CI de 858 cu filet L

CB2=CI DCI= 858in tip IF-APIL HT =2660 ρf=125tm3 nT2=6

11

i 1 2 3 4 5 6Li-1 m 0 255 580 1040 1560 1955Li m 255 580 1040 1560 1955 2660lBI m 255 325 460 520 395 705CBI N80 J55 J55 J55 N80 N80

SBi m 1016 1016 894 1016 1016 1143m1Bi kgm 5362 5362 4766 5362 5362 5958

qBi Nm 526012 526012 467544 526012 526012 584479GBi kN 134133 170954 215070 273526 207774 412059

GCB3 kN 1413516Greutatea aparentă a CB (GaCB3 equiv GaCE) este greutatea acesteia icircn fluidul de foraj din puţul icircn care se introduce şi se determină cu formula (vezi[1])

Ga CE=GCE ∙(1minus ρ f

ρo) (125)

Rezulta

Ga CE=1413516 kN ∙(1minus125785 )=1188433kN

Se calculează greutatea coloanelor de burlane maximă cu relaţia următoare

GCBM = max (GCI GCE) (126)

GCBM = max (1413516kN 722187kN) = 1413516 kN

13Alegerea sapei pentru forajul putului de exploatare (vezi aplicatia 2)

Conform datelor obtinute in paragrafele 11 si 12 s-au 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 TEE 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 incat 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) asigurand un joc interior minirn (δimCBj-1)

12

Fig 114 Sapă cu role-con cu dantură cu dinţi frezaţi executaţi din corpul rolei

1ndash falcă 2ndash con cu dantură cu dinţi din oţel 3 ndash contracon4 ndash dispozitiv de spălare exterioară cu jet (cu duză)

5 ndash cep cu filet conic 6 ndash umărul cepului (icircmbinării filetate)

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 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 conform codificaţiei specifice

Din tabelul 1 [3] (aplicatia 1) se alege diametrul mufei coloanei de exploatare DMCE

corespunzătoare diametrului nominal al coloanei de exploatare DCE STAS 875 - 86 tab 6 icircn funcţie de tipul filetului

DMCE=1413 mm

Ca urmare se alege o sapă cu trei role pentru roci medii-abrazive (MA) Această sapă trebuie să foreze o gaură care să fie tubată cu o coloană de 5 in = 127 mm Pentru reuşita operaţiei de cimentare se recomandă (conform [11] tabelul 11) un spaţiu inelar cu măsura

δCEr = 15 mm

Se calculează diametrul sapei Ds cu următoarea relaţie

(131)

Conform [1] δCE se poate aprecia cu expresia de forma

δCEcong 012 ∙ DCE

(132)

si se obtine

13

δCEcong 012 ∙ 127 mm=1524 mmcong 15 mm

Se constată că cele două măsuri sunt apropiate Atunci folosind expresia

DS PE=iquestD M CE+2 ∙δCE riquest

(133)

rezulta

DS PE=iquest1413 mm+2 ∙15 mm=1713mmiquest

Dar sapa trebuie să treacă prin interiorul coloanei anterioare de 8⅝Prime (2191 mm) Această

coloană fiind introdusă la adacircncimea de 2660 m rezultă din diagrama de tubare că ultimul său

tronson trebuie să fie alcătuit din burlane cu grosimea maximă de perete de 1143 mm Deci

diametrul interior minim al coloanei intermediare de 8⅝Prime calculat cu relaţia

Di m CI ( I )=iquest D CI( I)minus2 ∙S BM iquest (134)

are măsura

Di m CI ( I )=2191 mmminus2 ∙1143 mm=1962 mm

Folosind tabelul 4 se observă că se poate alege o sapă cu diametrul nominal de 6frac34Prime (1715 mm) cu ajutorul căreia se realizează spaţiul inelar cu măsura recomandată respectiv

δCE=05 ∙ (1715 mmminus1413 mm )=151mm

şi care poate trece prin tronsonul cu diametrul interior minim al CI(I) jocul interior minim

determinat cu relaţia (cf [11])

δ i m CI ( I )=05∙ (Di m CI (I )minusDS PE ) (135)

δ i m CI ( I )=05∙ (1962 mmminus1715 mm )=123 mm

Icircn continuare se alege varianta constructivă de sapă MA- 634 DGJ cu diametrul de 6frac34Prime necesară pentru roci MA Adică o sapă cu dinţi din oţel avacircnd contraconul icircntărit şi prin ştifturi din carburi metalice sinterizate (D) cu lagăre cu alunecare etanşe (G) şi cu spălare exterioară cu fluid de foraj (cu jet) (J)

14

14 Alegerea 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 adancime (AnAd) al GarF

Exista doua variante de executie a PG(vezi [3]aplicatia 4)

1 forjate cu tratament termic de imbunatatire pe toata lungimea2 laminate (din tevi cu pereti grosi) cu tratament termic de normalizare si о imbunatatire

la capetePG se realizeaza in urmatoarele forme constructive

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

Fig 141Prajini grele circulare (PGC)

Tabelul 143 Alegerea diametrului nominal al PG (DPG) icircn funcţie de diametrul sapei

(DS)

Ds mm

1365divide1411

1492divide1615

1615divide1715

2127divide2286

2444divide2508

2695 295 3112 3492 ge3747

DPG mm

114(108)

121divide139

(114divide

133divide146

(121divide

187(159)

203(178)

229(203)

245(219)

245(229)

254(229)

273(254)

15

121) 133)

Alegerea PG inseamna determinarea masurilor urmatoarelor marimi

1 diametrul nominal (DPG)2 diametrul interior (DPGi)3 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 avand 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 cat mai mare a diametrului nominal

2 asigurarea unui spatiu inelar (SI) intre peretele putului si PG cu omasura cat mai mare

pentru ca pierderea de presiune (ΔpSIPG) rezultata la curgerea fiuidului de foraj sa fie cat

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 implicand o masura cat mai mica a diametrului nominal

Pe baza unor cercetari experimentale (cf [2]) efectuate in conditii de santier privind viteza medie

de avansare a sapei (vAv) si timpul de prindere in teren a GarF pentru fiecare sonda (tPrSd) in

functie de raportul D2PG D2

S s-a constatat ca exista un domeniu optim de valori pentru acest

raport

D2PG D2

S =[06 07]

Fig 142Viteza 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 foraj

16

Icircn funcţie de valoarea raportului DPGDS se clasifică (cf [6]) PG şi tipurile de formaţiuni icircn care

se recomandă să se foreze (vezi tabelul 142)

Tabelul 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

Pentru alegerea PGC se recomanda relatia empirica[6]

DPG=DS-25 (142)Pentru forajul putului de exploatare al Sondei 7 se considera ca nu exista pericol de

prindere in formatiunea geologica traversata prin foraj pana la adancimea finala

Avand in vedere tipul de formatiune precizat mai sus conform tabelului 2 se alege PG

supradimensionata cu DPG DS= 089

DPG= 1715mm ndash 25mm =1465mm

Din tabelul 143 conform [6] se alege DPG= 146mm Din tabelul 1 (vezi aplicatia 4) se

alege măsura standardizată a diametrului nominal cea mai apropiată de măsurile rezultate anterior

adică DPG = 1524 mm pentru care exista DPGi isin572 715]mm cu m1PGisin 1234 1115 kgm

Rezultă DPGDS = 08886 089cong

ceea ce este icircn acord cu tipul de PG supradimensionată recomandată pentru formaţiunile

fără pericol de prindere

Se calculeaza greutatea unitara

qPG=m1PG ∙ g (143)

unde

DPGi este diametrul interior prajini grele

- pentru DPGi= 572 mm

q=1234kgm

∙ 981ms=1210554

Nm

=1211kN m

unde g este acceleratia de cadere libera g=981 ms2

- pentru DPGi= 715 mm

q=1115kgm

∙ 981m

s2=1093815

Nm

=1094 kN m

17

Se calculeaza coeficientul pierderii de presiune din interiorul PG cu formula

α PGi=

8π 2

sdotλPG i

DPG i5

in care

(144)

λPGi reprezinta coeficientul de rezistenta hidraulica liniara si are o valoare constanta si anume (conform [1])

λPGi=002

- pentru DPGi= 572 mm

α PGi=

8π 2

sdot 0 02

(5 72sdot10minus2 )5 m5= 8

π2sdot2sdot10minus2sdot1010

5 725 m5= 8

π2sdot20000sdot104

5 725 m5=26475sdot104 mminus5

- pentru DPGi= 715 mm

α PGi=

8π 2

sdot 0 02

(7 15sdot10minus2)5 m5= 8

π2sdot2sdot10minus2sdot1010

7 155 m5= 8

π 2sdot20000sdot104

7 155 m5=0 8675sdot104 mminus5

Daca se alege masura mai mica a diametrului interior atunci lungimea AnAd va fi mai mica

dar fara sa se evite fenomenul de flambaj deoarece aceasta lungime este mai mare decat 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 alege PG cuDPG= 6 in= 1524 mm DPgi = 2 1316 in= 715 mm IFU de tipulNC 44 m1PG = 1115 kgm

Mir=244kNm (momentul de insurubare recomandat) i=W M

( lC)

W C(1905 )=284

Se observa ca i=284gtiopt= 25 ceea ce inseamna ca imbinarea filetata cu umar a PG asigura o rezistenta mare la oboseala in sectiunile sale critice (Vezi [1])

14Verificarea la flambaj a ansamblului de prajini grele

141 Determinarea lungimii ansamblului de adancime

Pe baza datelor obtinute anterior se calculeaza lungimea ansamblului de PG (LAnAd) cu formula (vezi [1])

18

LAn Ad=FS

c L ∙qPG ∙(1minusρf

ρo)∙ (cosθminusμa sinθ)

(151)undeFS este forta de apasare pe sapa ρ f -densitatea fluidului de foraj(150tm3) ρ odensitatea otelului(785tm3) LAnPG este lungimea ansamblului de prăjini grele in m

qPG ndash greutatea unitara a PG CL ndash coeficientul lungime Fs ndash forta de apasare pe sapa Ө - unghiul mediu de deviere al sondei fata de vertical g ndash acceleraţia gravitaţională in ms Densitatea fluidului de foraj se poate aprecia cu expresia empirică(cf [8])

ρ f=125+025∙ ln (H ∙10minus3) (152)

ρ f=[125+025∙ ln (35 ∙ 103 ∙10minus3 ) ] t

m3=1563 t m3

Din conditiile tehnologice se alege ρf =15 tm3 (vezi Ap 1)Se calculeaza greutatea unitara a PG

qPG=m1 PGsdotg (153)

qPG=1115kgm

∙981m

s2=109382

Nmcong 1094

kNm

Se calculează forţa de apăsare pe sapă (cf [8])

FS=(03+7 5sdot10minus5sdotH )sdotDS

(154)

FS=(03+75 ∙ 10minus5 ∙35 ∙103)∙ 1715 kN= 9647 kN

Se calculeaza lungimea ansamblului de PG cu expresia (151)

LAn PG=9647 kN

0 85sdot1 094 kN msdot(1minus 157 85 )sdot(cos 30minus03sdotsin 30)

=130 475 m

Өiquest30

Se determina numarul de PG cu relatia

nPG=L An PG

lPG (155)

Unde lPG reprezinta lungimea unei prajini grele Daca se admite pentru lPG

19

masura normala care este egala cu 9m atunci se obtine

nPG=130 475m9 m

=14 49≃15

Se alege nPG=15 si se recalculeaza LAnPG

LAn PG=15sdot9m=135 mSe recalculeaza coeficientul de lungime al AnPG

c L=96 47 kN

135 msdot1 094kNm

sdot(1minus 157 85 )sdot(cos 30minus03sdotsin 30)

=0 821

si se constata ca valoarea lui se gaseste in domeniul recomandat adica [070 085]

142 Verificarea la flambaj a AnPG (vezi [3] aplicatia5)

Lungimea supusa la compresiune a AnPG este c LsdotLAn PG=0 821sdot135=110 835 m (156)

Se calculeaza lungimea critica de flambaj a AnPG(vezi [1])

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 PGExpresia de sub radical adică

(158)

se numeşte (conform lui N Pacircrvulescu) volum de rigiditate la gravitatie deoarece are dimensiunea unui volum si exprima un caracter de rigiditate al PG

Momentul geometric axial se calculeaza cu formula

I PG= π64

sdot( DPG4 minusDPG i

4 ) (159)

I PG= π64

sdot(15 244minus7 154) cm4=2520 375 cm4≃2 5203sdot10minus5 m4

20

Greutatea unitara aparenta a PG se determina cu formula

qa PG=qPGsdot(1minusρf

ρo) (1510)

Se obtine

qa PG=1 094kNm

sdot(1minus 157 85 )=0 885

kNm

Măsura volumului de rigiditate la gravitaţie al PG este

V PG=21∙ 1011 N

m2∙ 2520375 ∙10minus5 m4

0885∙ 103 Nm

=5981∙ 103 m3

Rezultă imediat măsura lungimii critice de flambaj a AnPG

LAn PG cr=17∙3radic5981∙103 m3=3085 mcong 31 m

Comparand aceasta masura a lungimii critice de flambaj a AnPG cu aceea a lungimii

portiunii din AnPG supuse la compresiune se constata

c LsdotLAn PG=110 835 mgtLAn PG cr=31 m

Ceea ce inseamna ca AnPG flambeaza sub actiunea fortei de apasare pe sapa Avand 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 corector-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 prajinile grele al doilea

al treilea si respectiv al patrulea stabilizator (vezi cap 1fig124 f)

21

Fig 143 Alcătuirea ansamblului de adacircncime al garniturii de foraj

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

Alegerea prajinilor de foraj (vezi Apl 6)Prăjinile de foraj (PF) sunt fabricate din ţevi de oţel laminate la cald icircngroşate la capete Se execută următoarele tipuri de PF [6] ndash PF cu racorduri speciale sudate (prin presiune de contact) (PFRSS) ndash PF cu racorduri speciale filetate (PFRSF)

PFRSS se realizează icircn conformitate cu STAS 80371-80 (bdquoPrăjini de foraj pentru racorduri sudate Clasele de rezistenţă D E şi G-105 Dimensiunirdquo) şi conform normei API 5A ndash pentru PF din clasele de rezistenţă D şi E ndash şi normei API 5AX ndash pentru PF din clasele de rezistenţă X-95 G-105 şi S-135 După forma icircngroşării capetelor PFRSS se execută icircn trei variante (vezi fig 161)

ndash PF cu capete icircngroşate la interior (II) (sau IU ndash Internal Upset conform API) ndash PF cu capete icircngroşate la exterior (IE) (sau EU ndash External Upset conform API) ndash PF cu capete icircngroşate la exterior şi la interior (IEI) (sau IEU ndash Internal- External Upset conform API)

22

Fig 161 Prăjini de foraj cu racorduri speciale sudate (PFRSS) [1] a ndash varianta II (cu capetele icircngroşate la interior) respectiv IU (Internal Upset) conform API b ndash varianta IE (cu capetele icircngroşate la exterior) respectiv EU (External Upset) conform API c ndash varianta IEI (cu capetele icircngroşate la exterior şi la interior) respectiv IEU (Internal-External Upset) conform API

Alte tipuri de PF sunt ndash PF cu perete gros ( Thick Wall Drill-Pipe icircn lb en) ndash PF cu grosimea de perete variabilă ndash PF cu racorduri speciale sudate cu canale elicoidale şi cu perete gros

Racordurile speciale pentru sudare (RSS) de la PF cu II IE şi IEI au tipodimensiunile şi

condiţiile tehnice reglementate icircn STAS 75701-80 (bdquoRacorduri speciale pentru sudare prin contact

la prăjini de foraj din clasele de rezistenţă D şi Erdquo) icircn norma API Spec 7 şi de asemenea icircn

normele interne ale firmelor constructoare RSS se execută icircn două variante constructive (fig

162)

ndash varianta A RSS cu scaun conic

ndash varianta B RSS cu scaun drept

23

Fig 162 Racorduri speciale pentru sudare (RSS) la prăjini de foraj [2] varianta A (cu scaun conic) varianta B (cu scaun drept)

Normele API Spec 7 prevăd RS şi pentru PF confecţionate din oţeluri din clasele de rezistenţă

superioare X-95 G-105 şi S-135

RSS sunt prevăzute cu icircmbinări filetate cu umăr (IcircFU) standardizate icircn STAS 8351-80

Alegerea prăjinilor de foraj

A alege prăjinile de foraj (PF) icircnseamnă a stabili ndash tipul PF

ndash diametrul nominal (DPF) şi grosimea de perete (sPF)

ndash clasa (gradul) de rezistenţă ndash clasa de uzură

ndash intervalul de măsuri ale lungimii

Criteriile pe baza cărora se face alegerea PF sunt următoarele

1) rezistenţă maximă la solicitările statice şi variabile care se asigură prin alegerea

corespunzătoare a tipului de PF a clasei de rezistenţă şi a celei de uzură a PF a intervalului de

măsuri ale lungimii PF şi a unei măsuri a grosimii de perete cacirct mai mari

2) rezistenţă maximă la acţiunea mediului coroziv care impune alegerea corespunzătoare a oţelului

şi dacă este cazul alegerea PF cu acoperiri speciale anticorozive şi de asemenea a unei măsuri a

grosimii de perete cacirct mai mari

3) energie minimă consumată icircn timpul forajului care icircnseamnă

a) energie mecanică de rotaţie minimă care se asigură prin alegerea unor măsuri ale

diametrului nominal şi grosimii de perete cacirct mai mici 24

b) energie hidraulică minimă (consumată prin circulaţia fluidului de foraj)ceea ce

presupune o pierdere de presiune minimă la curgerea fluidului de foraj prin interiorul PF care

determină alegerea unei măsuri cacirct mai mici a grosimii de perete

4) energie minimă consumată icircn timpul manevrei GarF ceea ce presupune alegerea PF cu măsura

minimă a masei unitare

Diametrul nominal al PF reprezinta diametrul exterior al corpului PF DPF=DPFe (161)

Diametrul nominal al PF se determina in functie de Dsmasurile orientative fiind date in tabelul de mai jos

Ds mm 150170 150200 175225 200250 225300 gt250DPF mm(in) 889(3 frac12) 1016(4) 1143(4 frac12) 127(5) 1397(5 frac12) 1683(658)

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

Pentru diametrul sapei de foraj determinat icircn subcapitolul anterior Ds= 1715 mm = 634rdquo se alege diametrul nominal al prăjinii de foraj DPF =4 frac12rdquo = 1143 mm

Din STAS 8037 ndash 88 (vezi aplicatia 5 tabelul 1) se alege diametrul nominal standardizat 412rdquo E 75 cu urmatoarele caracteristici

- masa cu racorduri m1PF= 33 Kgm

- grosimea peretelui s= 1092 mm

- diametrul interior DPfi= 9246=925 mm

- aria prăjinii de foraj A= 3547 mm2

- modulul de rezistentă WP= 10583 cm3

- tipul icircngroşării EU

- gradul de rezistenta E 75

- presiunea exterioara limita pel= 894 bar= 894MPa

- presiunea interioara limita pil= 865 bar =865MPa

- forţa de tracţiune limita FtcL= 1834 kN

- momentul de torsiune limita MtLPF= 5003 kNm

- tipodimensiunea IFU a RSS NC46 (4IF)

Solicitari care duc la limita de curgere a RSS

- momentul de insurubare limita dpdv al curgerii materialului RSS

25

M i RS L=53 69 kNm

FtRSL = 4 664 kN (forţa de tracţiune limită dpdv al curgerii materialului RSS)

- momentul de insurubare recomandatM i r=27 3 kNm

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)

Se obtine

APF=π4sdot(114 32 mmminus92 462 mm)=3547 mm2

Se determina modulul de rezistenta polar al sectiunii transversale a corpului PF cu formula

W p=I p

DPF

2

(162)

unde I p este momentul geometric polar al sectiunii transversale a corpului PF

I p=π32

∙( DPF4 minusDPFi

4 )= π32

∙ DPF4 ∙[1minus( DPFi

DPF)

4] (163)

I p=π

32sdot114 34 mmsdot[1minus(925 mm

114 3 mm )4 ]=9569240 653 mm4=956 924 mm3

deci

W p=π

16sdotDPF

3 sdot[1minus( DPF i

DPF)

4]

(164)

Rezulta

W p=π

16sdot114 33sdot[1minus(92 5

114 3 )4]=167658 175 mm3

Calculul tensiunii de tractiune

σ tcl=F tcl

APF

(165)

26

σ tcl=1834 kN

3547 mm2 =1834 ∙ 103 N3547 mm2 =517056 ∙106 Pa

Aceasta tensiune arata limita de curgere minima conform tabelului cu caracteristicile

mecanice ale prajinilor de foraj pentru clasa de rezistenta E75 (vezi aplicatia 6) Limita de curgere

trebuie sa se situeze in intervalul 517hellip724 In cazul nostrum limita este 517 MPa care se

incadreaza intre valorile recomandate

-calculul tensiunii tangentiale τ=G∙θ ∙ r (166)

θ=M t

G ∙ I p

(16 7)

Unde G este modulul de elasticitate transversal al materialului din care se confectioneaza PFPentru otel G= 81010 Paθ- torsiunea specificar- raza punctului considerat din sectiunea transversala a corpului PF

θ= 5003∙ 103 Nm8 ∙ 1010 N m2 ∙ 0956∙ 10minus5m4 =653 ∙ 10minus2 1

m

τ=8 ∙1010 N

m2∙ 653 ∙ 10minus2 mminus1∙ 5785∙ 10minus2m=29855106

N

m2

Aceasta tensiune reprezinta tensiunea tangentiala de curgere

Lungimea ansamblului superior utilizat pentru forajul putului de exploatare se determina cu

expresia

LAn S=H MminusLAn PG (168) LAn S=3500 mminus162 m=3338 m

Se calculeaza numarul de PF

nPF=

LAn S

lPF (169)Considerand ca lungimea unei prajini este cea normala adica 9m se obtine

nPF=3338

9=37088

Se alege nPF=371 si se recalculeaza lungimea AnS

LAnS=371∙9m=3339 m

27

17Alegerea 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

garnitura stanga) [1]

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 masa rotativă 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 (658 REG) in timpul forajului după tubarea unei coloane de burlane prăjina

de antrenare trebuie uneori schimbată ndash diametrul cepului 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 de lucru 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 [1]

28

Fig 171 Prăjina de antrenare forjată a ndash pătrată b ndash hexagonală

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

Alegerea 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-cep

Se prefera alegerea unei prajini de antrenare forjate deoarece nu necesita reductii de legatura

proprii asa cum este cazul prajinii laminate

29

Fig172 Reducţii de legătură icircntre prăjina de antrenare (PA) şi racordul special (RS) denumite RLRS a ndash

reducţie dreaptă (pentru icircmbinări filetate cu aceleaşi dimensiuni) b ndash reducţie icircn trepte (pentru icircmbinări filetate cu

dimensiuni diferite)

Se alege o prajina de antrenare forjata patrata avand elementul de imbinare superioara de

tipul mufa cu filet stanga de tipul 658 REG pentru asamblarea cu reductie cap hidraulic(RLCH)

Pentru ansamblul superior al garniturii de foraj s-a stabilit ca se iau prajini de foraj de 4 12 in cu

racorduri speciale sudare(RSS) cu IEI si tipodimensiunea IFU NC 46

Ca urmare conform tabelului 1 aplicatia 7 se alege prajina de antrenare in varianta

constructiva 1(standard) cu dimensiunea nominala de 4 frac14 in Se foloseste o RLPA dreapta de

tipul mufa(NC46)-cep(NC46) ca in figura 172 a

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 infDPA

mm(in)DPAi mm

a mm

lPA m

mPAkg

1cep

6 58 REGmufăNC46

mufă6 58

REG

cepNC46

A (dreapta) NC46-NC46

108(4 14)

714 108 12192 800

30

18 Alegerea tipului de instalatie de foraj

Instalaţia de foraj reprezintă totalitatea maşinilor utilajelor si instalaţiilor necesare săpării unei sonde

Studiul pe sisteme al instalaţiilor de foraj corespunde principalelor operaţii care se efectuează

pentru forarea unei sonde precum si principalelor grupe de maşini si utilaje care intra in

componenta acestor instalaţii

Sistemele de lucru ale unei instalaţii de foraj sunt

1 Sistemul de manevra mdash SM- cu ajutorul căruia se realizează ridicarea si coboracircrea

sarcinilor

2 Sistemul de circulaţie - SC - care asigura circulaţia fluidului de foraj

3 Sistemul de rotire - SR - care realizează rotirea garniturii de prăjini in timpul forajului

In cazul instalaţiilor de foraj transportabile apare si sistemul de transport

Pentru asigurarea condiţiilor de funcţionare a sistemelor de lucru instalaţia de foraj mai

cuprinde sistemul de comenzi instalaţia de preparare si curăţare a fluidului de foraj dispozitive

de mecanizare si automatizare ansamblul de scule materialul tubular [1]

Alegerea instalaţiei de foraj se face pe baza sarcinii maxime utile (sarcinii maxime de lucru) FM (V APLICATIA 9)

In aplicatiile anterioare s-au determinat greutatile fiecarei coloane de burlane si anume

GCI(I)= 1413516 kN GCE= 722187kN

Rezulta ca cea mai grea CB GCBM=max GCI(I) GCE=1413516 kN

S-au ales pentru forajul putului de exploatare prajini grele cu DPG=6 in=1524 mm

DPGi=2 1316 in= 715 mm m1PG = 1115 kgm qPG=1094kNm LAnPG=135 m

Se determina greutatea AnPG

GAn PG=qPGsdotL An PG

(181)

si se obtine

GAnPG=1094kNm135m=14769kN

Greutatea unitara a PFse calculeaza folosind formula

qPF=m1 PFsdotg (182)

qPF=33kgm

sdot9 81m

s2=323 73

Nm

31

Greutatea AnS va fi

GAn S=qPFsdotLAn S (183)

GAn S=323 73Nm

sdot3 339sdot103 m=1080 934kN

Greutatea GarF se obtine insumand greutatea AnPG si greutatea AnS

GGar F=GAn PG+GAn S (184)

Se obtine

GGar F=147 69 kN+1080 934 kN=1228 624 kN

Se considera ca cea mai grea GarF este garnitura utilizata pentru forajul putului de exploatare

GGar F M=1228 624 kN

Alegerea IF se face pe baza sarcinii nominale de la carlig si a tipului de actionare

FM =max FM T FM D (185)

Sarcina maxima utila de tubare se calculeaza cu formula[1]

FM T

=GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+(1+kmf( M ) )sdot

ac

( M )

g ] (186)

in care

k r(M )estecoeficientul fortei de frecare la ridicarea coloanei de burlane intre peretele putului si

fluidul de foraj k mf(M )minusiquestcoeficientul de masa al fluidului de foraj din interiorul coloanei aderent la

coloana ac(M )- acceleratia miscarii carligului in cazul ridicarii sarcinii normale

kDij- coeficientul diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

ρ0 ndashdensitatea otelului din care sunt confectionate burlanele

ρf -densitatea fluidului de foraj

Coloana fiind considerată plină cu fluid de foraj cu aceeaşi măsură a densităţii ca şi aceea

din interiorul puţului forat coeficientul k mf(M ) se determină cu formula [1]

k m f=ρf

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1] (187)

unde DCB este diametrul nominal al CB GCBM ndash greutatea celei mai grele coloane de burlane Sfa- grosimea startului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al coloanei de burlane

32

LCB ndash lungimea CB lj ndash lungimea tronsonului de ordinul j kDij ndash coef diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

K Dij=Dibj

DCB

(188)

Pentru CI(I) de 858in vom avea

DCI(I)=858in= 2191 mmntCI(I)=6

sB jisin 10 16 10 16 8 94 10 16 10 16 11 43 mmDi B jisin 198 8 198 8 2012 198 8198 8 196 8 mm

k Di jisin 0 907 0 907 0 918 0 907 0 907 0 898 l jisin 255 325 460 520 395 705 m

LCI(I)=HCI(I)=2660m

=125tm3

sf a=0 653 mm grosimea stratului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al CB

iquestsumj=1

6

(1minusk Di j2 )sdotl j=

(1-09072)sdot255+(1minus09072 )sdot325+(1-09182 )sdot460+ (1minus09072 )sdot52 0++ (1-09072)sdot39 5+(1minus0 8982)sdot705=473 972 m

Se admite

k r(M )=02

si ac

(lt M )=1 ms2 Se obţine

Sarcina maxima utila la tubare

FM T =1413 516 kN sdot[(1minus1 25 t m3

7 85 t m3 )sdot(1+02 )+ (1+0 745 )sdot 19 81 ]=1677 556 kN

Sarcina maxima utila de degajare a celei mai grele garnituri de foraj se determina cu relatia[1]

FM D =GGar F Msdot(1minus ρ f

ρo)+FD M

FD M este forta de degajare maxima FD M =300kN

33

k m f(M )=

ρ f

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

5

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1]=

Măsura lui FDM se apreciază icircn funcţie de măsura lui HM conform tabelului 1 aplicatia 9

FM D =1228 624 kNsdot(1minus1 25 t m3

7 85 t m3)+300 kN=1332 983

kN

Conform rezultatelor de mai sus se obtineFM

=max 1677 556 1332983 kN=1677 556 kN 9 81≃171 0047 tf

Ca urmare se poate alege o IF transportabilă pe cale terestră pe subansamble (SAn) din clasa F 200 (vezi [1])

Tipul acţionării se alege icircn funcţie de posibilitatea de alimentare cu energie electrică a IF icircn

zona de amplasare de instalaţiile aflate icircn dotarea firmei de foraj şi de costul comparativ al

combustibilului şi al energiei electrice din perioada cacircnd o să lucreze instalaţia icircn situaţia icircn care

firma dispune de instalaţii cu acţionări neautonome sau autonome

Se admite că situaţia din zona de amplasament a IF impune o acţionare de tipul DH Avacircnd

icircn vedere acest lucru rezultă că se poate alege o IF de tipul

F-200-2DH (T(SAn))

19 Concluzii

Pe baza datelor luate din materialul didactic si standardele nationale cat si internationale s-a

facut un calcul teoretic de alegere al instalatiei de foraj Luand in consideratie ca mediul real poate

aduce un aport negativ asupra calculelor teoretice in rezultatele prezentate mai sus s-au luat niste

coeficienti de siguranta care sa acopere riscurile posibile totodata s-a constatat ca desi pentru

Sonda 7 Pacurari este necesara o instalatie mai mica decat cea aleasa am fost nevoit sa aleg anume

F200-2DH deoarece conditiile tehnico-economice presupun utilizarea tipului utilajului folosit deja

in industria petroliera si standardizat conform normelor STAS si API

2 PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

21 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

34

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

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 arborele 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 [1]

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 MBM 820 cu supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului DH de tipul GF-820+CHC-750-2 sunt

prezentate icircn fig 21 Se analizează dependenţele funcţionale reprezentate de aceste curbe (vezi

aplicatia 13)

35

Fig 2 1 Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului de acţionare de tipul DHformat din GF 820 şi CHC-750-2 pentru reglarea motorului diesel la sarcină plină

şi funcţionarea lui cu gradul maxim de accelerare (la care puterea maximă amotorului este puterea nominală Pn) şi funcţionarea lui cu gradul maxim deaccelerare MI MII ndash momentul dezvoltat la arborele primar (I) respectiv laarborele secundar (II) al CHC ωI ωII ndash viteza unghiulară PI PII ndash puterea

ηCHC ndash randamentul CHC

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (210)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (211)

Tabel 311 Parametrii functionali ai grupului de actionare GF-820 + CHC-750-2

36

Fig 211 Curba caracteristica exterioara a CHC este o caracteristica flexibila cresterea momentului rezistent este

preluata de CHC prin reducerea importanta a vitezei unghiulare a arborelui secundar

Din aceste grafice se deduce ca pentru ηm= 07 DEF al CHC-750-2 reprezentat prin ηCH ϵ

[0700 0847] nII ϵ [275 950] rotmin MII ϵ [14730 4000] kNm

Din datele obinute rezulta avantajele utilizarii CHC in cadrul GA de tipul DH

1 CHC lucreaza ca un variator continuu de viteza adica ωII se modifica automat si continuu odata cu variatia momentului rezistent aplicat arborelui secundar astfel se spune ca CHC isi regleaza regimul de functionare deci CHC permite o autoadaptare a GA la sarcina

2 Utilizarea CHC simplifica lantul cinematic al IF37

3 CHC protejeaza motorul Diesel impotriva suprasarcinilor si a socurilor transmise de la antorul sistemului de lucruinclusive in situatia blocarii secundarului

Fig 212 Curbele caracteristice pentru sarcina plina ale motorului MBM-820 si curba puterii in functie de sarcina plina a aceluiasi motor

22 Alegerea modului de acţionare

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

38

Instalaţiie 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[1]

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

39

Fig 221 Schema structural-functionala a unei instalatii de foraj cu mod de actionare centralizatin varianta MAC2 cu

actionare DH

S-a ales varianta MAC2 in care PN este actionata separat formand impreuna cu GA si transmisiile mecanice respective un grup motopompa (GMP) dupa cum TA este DH vezi 1[1])

23 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

1 pompe centrifuge pentru hidrocicloane2 site vibratoare 3 agitatoare4 pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de foraj5 pompe centrifuge pentru apa6 pompe centrifuge pentru chimicale7 pompe pentru reziduuri8 pompe pentru combustibil9 comanda hidraulica a prevenitoarelor10 instalaţie pentru uscarea aerului11 agregate pentru icircncălzire12 maşini-unelte13 agregat pentru sudura

40

14 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

Tabel 231 Consumatorii auxiliari de forta utilizati in cadrul IF de tipul F200-2DH si puterea lor

NrCrt

Denumirea consumatorilor Puterea motorului

kW

NrmotoarePuterea totala

kW

A Instalatia de foraj propriu-zisa

1 Site virbatoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 10 75

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa racire troliu 75 1 75

5 Pompa apa racire frina hidraulica 75 1 75

6 Pompe instalatie amestec chimicale 3 2 6

7 Pompe combustibil 3 2 6

8 Pompe ulei 15 1 15

9 Pompe de preparare a fluidului de foraj 75 2 150

10 Pompa baterie denisipare 55 1 55

11 Pompa baterie desmiluire 50 1 50

12 Instalatie degazeificare 5 1 5

13 Degazeificator 30 1 30

14 Instalatie de preparare centrifuga 20 3 60

15 Instalatie transport material pulverulent 4 1 4

16 Dispozitiv salvare garnitura 20 1 20

17 Dispozitiv strins-slabit 11 1 11

18 Dispozitiv manevra prajini grele 75 1 75

19 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

20 Pod tubaj reglabil 75 1 75

21 Instalatie comanda prevenitoare 11 1 11

41

22 Instalatie de uscare aer 15 1 15

23 Instalatie iluminat normal 18 1 18

24 Instalatie iluminat siguranta 08 1 08

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

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

PCsAF = 5928 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

24 Calculul puterii instalate

Puterea instalata a IF (Prsquo) reprezinta puterea motoarelor utilizate pentru actionarea

antoarelor principale a celor auxiliare si pentru actionarea celorlalte utilaje si instalatii folosite

pentru executarea diverselor operatii auxiliare

Prsquo = P + PCsAF (241)

P = n Pn (242)

Pn-Puterea nominala a motorului MB820 Pn= 655 kW

n-numarul de motoare folosite

P = (2+2) ∙ PnP = (2 + 2) 655kW = 2620 kW

Prsquo= 2620 kW + 5928 kW = 32128 kW

25 ConcluziiIn capitolul 2 s-au ales grupurile de actionare Alegerea s-a facut pe baza analizei

parametrilor motoarelor si caracteristicile acestora s-a evidentiat modul de utilizare al acestor

grupuri de actionare astfel incat sa fie satisfacute conditiile de tehnologicitate si economicitate

Acest lucru s-a facut pentru a obtine niste parametri de lucru cat se poate eficienti si economici

deoarece in cazul neindeplinirii uneia din conditii se pot intampla atat stagnari ale procesului

normal de foraj (uneori poate chiar si cu consecinte catastrofale) cat si pierderi financiare mari

42

3 ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ SI PREZENTAREA PARAMETRILOR SI CARACTERISTICILOR LOR

31Alegerea capului hidraulic

Fig31 Secţiune prin CH (reprezentare schematică (a) şi reprezentare constructivă (b))1 ndash corp (oală) 2 ndash bolţ 3 ndash toartă (biglu) 4 10 ndash rulment cu role cilindrice (de ghidare) 5 11 ndash garnituri de

etanşare 6 ndash rulment axial principal cu role conice 7 ndash fus 8 ndash reducţie 9 ndash rulment axial secundar cu bile 12 ndash felinar (capac) 13 ndash lulea 14 ndash piuliţă inferioară 15 ndash ţeavă de spălare 16 ndash cutie de etanşare 17 ndash etanşarea icircntre

partea superioară a ţevii de spălare şi lulea 18 ndash piuliţă superioară 19 ndash şuruburi de fixare

Capul hidraulic [1] (CH) este un utilaj care face parte din ansamblul de antrenare a GarF

El reprezinta nodul de legatura intre cele trei echipamente principale (EqPr) ale IF echipamentul

de circulatie (EqC) echipamentul de rotatie (EqR) si de manevra (EqM)

CH este suspendat in ciocul cirligului triplex cu ajutorul toartei sale La randul sau CH sustine

garnitura de foraj prin intermediul reductiei de legatura si al prajinii de antrenare De luleaua CH

se monteaza furtunul de noroi

43

Ca urmare functiunile CH sunt

1 Sustinerea GarF in timpul forajului

2 Permiterea rotatiei GarF

3 Conducerea fluidului de forajsub presiunede la FN la PA prin lulea teava de spalare

fus si RLCHin cazul circulatiei directe

Marimile fizice principale ale CH1 marimile functionale

- sarcina de lucru maxima

- turatia maxima a fusului

- presiunea maxima a fluidului de foraj

2 marimile dimensional-constructive

- diametrul interior al tevii de spalare

- tipo-dimensiulnile de legatura

3 marimile de anduranta

- sarcina limitacapacitatea in functie de rulmentul principal

- durabilitatea rulmentului principal

- durabilitatea etansarii tevii de spalare

Fig 31 Capul hidraulic (CH) montat icircn ciocul cacircrligului icircn timpul forajului

Alegerea capului hidraulic se face pe baza sarcinii maxime de lucru (FCH M

) si trebuie sa echipeze instalatia de foraj F200-2DH [1]

44

FCH M

geF M

(31)

FM =200 tf

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

(32)

Capetele hidraulice construite icircn Romacircnia sunt tipizate conform SR 5736 [66] care este

elaborat icircn concordanţă cu API Spec 8A [67] şi API Spec 8C [68]

Din tab 62 Cap 6 6 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH ndash 320 (ndash40degC) SR 5736

necesar instalaţiei de foraj alese F200

CHndash320 (ndash40degC) SR 5736 este un cap hidraulic echipat cu rulment axial-oscilant cu role

butoi cu sarcina maximă de lucru de 320tf care lucrează icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash

40degC

Conform SR 5736 acest tip de CH se caracterizează şi prin

Sarcina limită sau capacitatea maximă icircn funcţie de rulmentul principal FRLCH=147tf

pM = 35MPa nM = 300 rotmin di = 762 mm LP 4 (filetul de legătură al lulelei cu FF) 6⅝

REG LH (filetul de legătură cu RLCH)

32Alegerea ansamblului macara carlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 32 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]

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia [1]

FMC ge FCM (321)

Din tab32 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32-1250 MC -300 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii

45

Tabel 31 Caracteristicile Ansamblului Macara-Carlig

Tabelul 32 Tipurile de macarale-cacircrlig construite icircn Romacircnia şi caracteristicile lor (cf [69])

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (32)

GMC =8610t middot 981 ms2 = 84464 kN

46

UnMas F200Denumire 5-32MC-300

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300

Nr Roti manevra - 5

Diam cablului mm 32

Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140

Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in f-ie de rulmenti US tonf 347

Masa t 8610

Fig 32 Construcţia ansamblului-cacircrlig mono-bloc 1 ndash cacircrlig triplex 2 ndash bolţ 3 ndash pahar şi rulment axial 4 ndash tijă 5ndash piston 6 ndash arcuri de destindere 7 ndash piesă de legătură icircntre ansamblul cacircrligului şi macara 8 ndash axul macaralei 9 ndash role 10 ndash rulmenţii macaralei 11 ndash plăci laterale

33Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul de foraj reprezinta partea fixa a masinii macara-geamblac Se monteaza in

grupul mastului pe grinzi numite coroana geamblacului Este format dintr-un ax pe care se

monteaza un anumit numar de role (z+1) prin intermediul unor rulmenti Fiecare rola se misca

independent de celelalte (z-numarul de role de la macara) [1]

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

-geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţie romacircnească Avantajul acestui tip

constructiv este acela că este o construcţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

- 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

47

c geamblacul de foraj din două blocuri

- geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se pot roti şi interschimba asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

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

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

a geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

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

b geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

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 ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia [1]

Fig 331 Geamblac cu o roata separata

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 332

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

Alegerea geamblacului de foraj se face in functie de sarcina de lucru maxima de diametrul cablului utilizat de tipul cablului de manevra de tipul macaralei respectiv de tipul ansamblului macara-carlig

48

Pentru instalatia F200-2DH se alege unul din geamblacurile tipizate care sa indeplineasca cerintele impuse

Fig 33 2Geamblac monobloc 1 ndash suport (prin care GF se montează prin şuruburi de coroană ramă) 2ndash ax 3 ndash rolă roată 4 ndash rulment radial-axial cu role conice pe două racircnduri 5 ndash disc distanţier 6 ndash bucşă distanţieră 7 ndash ungător cu bilă (folosit pentru ungerea consistentă a rulmenţilor) (canalele de ungere sunt practicate icircn plan orizontal) 8 ndash placă de presare 9 ndash apărătoare

Pentru instalatia de foraj F 200 se va folosi un geamblac A 6 -32-1250GF-300 (-400C)(vezi [1] cap 54 tab56)adica geamblac de foraj cu 6 roţi role pe ax cu diametrul cablului de manevră de 32 mm

diametrul exterior al rolei de 1250 mm sarcina maximă de lucru 300tfşi temperatura de lucru de ndash

40degC Din tabelul 56 Cap 5 [1]se observă că acest tip de geamblac face parte din clasa

echipamentului (de manevră) 450

Tabel 33 Caracteristicile GeamblaculuiUnMas

Denumire 6-32GF-300Sarcina maxima la coroana geamblacului tf 400

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300Nr Roti manevra - 6

Diam cablului mm 32Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in functie de rulmenti US tonf 416Masa t 28

49

34Alegerea elevatorului 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

Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane de tubare (B-ElPCB) (bdquocasing slip

elevator-spiderrdquo icircn lb en) este o sculă de manevră care se foloseşte icircn timpul tubării puţurilor

atacirct pentru susţinerea coloanei de burlane (CB) ca broască cu pene aşezată pe masa rotativă

(MR) cacirct şi pentru săltarea din penele broaştei şi introducerea coloanei icircn puţ ca elevator (cu

pene) Deci aceste scule se folosesc icircn pereche icircn timpul tubării puţurilor una aşezată pe MR

susţine CB prin icircmpănare icircndeplinind funcţia de broască cu pene (vezi fig 341) iar cealaltă

care este susţinută icircn chiolbaşi avacircnd rolul de elevator (cu pene) se prinde tot prin icircmpănare pe

burlanul care s-a adăugat prin icircnşurubare la coloană saltă CB din broasca cu pene şi o susţine icircn

timpul introducerii ei icircn sondă (vezi fig 342)

Fig 342 Tragerea burlanului pe jilip cu ajutorul unui elevator de tras burlane pentru a fi icircnşurubat icircn

coloana susţinută icircn broasca cu pene

50

Fig 343 Varianta de elevator (cu pene) (cu inel ridicător) a broaştei-elevator cu pene cu două semicorpuri care este susţinută icircn ochiurile inferioare ale chiolbaşilor (11) icircn timpul introducerii coloanei de burlane (12) icircn puţul care se tubează 1 ndash corp carcasă 2 ndash umăr 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă de siguranţă 5 ndash corp de pană 6 ndash bacuri 7 ndash pacirclnie de ghidare 8 ndash cadru ridicător 9 ndash icircmpingătoare 10 ndash mecanism cu pacircrghii de ridicare

Din punct de vedere funcţional se deosebesc tipurile bull broască cu pene (BP) bull elevator cu pene (ElP)

Fig344 Broasca-elevator cu pene

51

In figura 344 este reprezentata Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane (broasca cu pene icircn partea de sus stanga elevatorul cu pene icircn partea dreapta şi vedere de sus a elevatorului cu pene icircn partea de jos) 1ndash corp 2ndash umăr braţ superior 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă (siguranţă pentru chiolbaşi) 5 ndash poartă uşă 6 ndash pene 7 ndash bacuri 8 ndash placă de sprijin (pe masa rotativă) 9 ndash guler de protecţie şi ghidare 10 ndash pacirclnie de ghidare HB ndash icircnălţimea broaştei cu pene HE ndash icircnălţimea elevatorului cu pene l ndash lăţimea broaştei-elevator

Alegerea elevatorului cu pene se face din conditiile urmatoare

FPgtFCBM

(341)

unde

FPleFBminusEl PCB

(342)

Studiind oferta companiei STEROM SA Cacircmpina conform ([1] cap 8 tab88) se alege un elevator cu pene de tipul

B-ElPCB 4frac12 ndash 13⅜ in x 350 ts (9⅝ x 275 ts x 8⅝) (ndash 45ordmC)

icircnseamnă broască-elevator destinată utilizării pentru burlane cu diametrul nominal cuprins

icircntre 4frac12 in şi 13⅜ in (inclusiv) cu sarcina nominală (sarcina maximă de lucru) de 350 ts (320tf)

echipată cu pene set de pene de 958 in cu sarcina nominală (maximă de lucru) de 275 ts (250 tf)

icircn care sunt montate bacuri de 858 in adică această broască-elevator este echipată pentru susţinerea

unei CB de 858 care determină icircn timpul manevrei ei o sarcină maximă la cacircrlig de cel mult 275ts

(250 tf) Ea este executată să lucreze icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash 45 ordmC

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

21t∙981ms2 =20601kN

35 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatorul pentru prăjini de foraj (ElPF) (bdquodrill pipe elevatorrdquo icircn lb en) este o sculă de

manevră care se foloseşte pentru susţinerea garniturii de foraj (GarF) icircn timpul extragerii şi

introducerii ei icircn sondă El prinde sub mufa PF şi este agăţat prin umerii săi icircn ochiurile

inferioare ale chiolbaşilor

ElPF se compune din

52

ndash două corpuri articulate care se icircnchid pe PF prevăzute cu cacircte un umăr cu care se suspendă icircn

ochiurile inferioare (mici) ale chiolbaşilor

ndash icircnchizatorul celor două corpuri

ndash eclise cu bolţuri prinse icircn umeri pentru asigurarea contra ieşirii chiolbaşilor

Elevatoarele se deosebesc prin forma lor modul de icircnchidere a celor două corpuri şi forma

suprafeţei de rezemare a prăjinilor

Din punctul de vedere al icircnchiderii se diferenţiază

ndash ElPF cu icircnchidere centrală (ElPFIcircC)

ndash ElPF cu icircnchidere laterală (ElPFIcircL)

După forma suprafeţei de sprijin al PF se disting

ndash ElPF cu scaun drept (ELPFSD) deci cu suprafaţă de rezemare dreaptă folosite pentru

manevrarea prăjinilor de foraj cu racorduri speciale sudate cu umăr drept (RSSUD) sau cu

racorduri icircnfiletate [1]

Fig 351 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun conic

ndash ElPF cu scaun conic (ElPFSC) care dispun de o suprafaţă de rezemare interioară tronconică cu unghiul de icircnchidere standardizat de 18deg ca şi mufele racordurilor speciale sudate cu umăr conic (RSSUC)

53

Fig 352 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun dreptElevatoarele sunt tipizate prescripţiile generale fiind prevăzute de API Spec 8A [85] şi

Spec 8C [86] Icircn fig 88 este reprezentat un ElPF cu scaun conic iar icircn fig 89 un ElPF cu scaun

drept

In figura 34 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic

Fig 34 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Alegerea elevatorului pentru prajini se face in functie de tipul prajinilor de foraj

1 Daca prajinile sunt cu recorduri speciale infiletate atunci cu scaun drept

2 Daca prajinile sunt cu racorduri speciale sudate atunci cu scaun conic

La alegerea elevatorului trebuie indeplinita conditia

FElgtFGar FMn

(sarcina normala utila de la carlig) (351)

icircn care FGar FM

este sarcina maximă care apare icircn timpul manevrării garniturii pacircnă la adacircncimea

maximă de foraj a puţului respectiv

54

Pentru că prăjinile de foraj sunt cu RSSUC si FGar FM

=122863kN conform tabelului 85

[1] cap 8 se alege un elevator cu scaun conic cu urmatoarea nominalizare

Elevator cu scaun conic 4frac12 x 1214 x 250 adica

elevator cu scaun conic cu dimensiunea nominală de 4frac12 ( pentru prăjini de foraj cu

RSSUC cu diametrul nominal de 4frac12 DPF = 4frac12) cu diametrul interior de 1214 mm (ceea ce

icircnseamnă că se utilizează pentru prăjini cu capetele fie cu II fie cu IEI (conform tabelului 85 cap

8) şi cu sarcina maximă de lucru de 250 tf cu masa mEl=1828kg conform NR 05-1018R STEROM

SA

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

ELpF= mEl middot g (253)

GEl = 1828 kg middot 981 ms2 = 18 kN

36Alegerea chiolbasilor

Chiolbaşii (Ch) (bdquothe drilling linksrdquo bdquoelevator linksrdquo icircn lb en) denumiţi şi bdquobraţele de

elevatorrdquo sunt scule de foraj care fac legătura icircntre cacircrlig şi elevator fiind utilizaţi icircn timpul

manevrei garniturii de foraj (GarF) şi coloanelor de burlane (CB)

Ei se agaţă cu ochiurile superioare de umerii cacircrligului şi susţin cu ochiurile lor inferioare

elevatorul prin umerii acestuia (vezi fig 361) Astfel sarcina datorată GarF sau CB este

preluată prin intermediul elevatorului de către Ch care o transmit cacircrligului [1]

55

Fig 361 Ansamblul format din macara-cacircrlig chiolbaşi şi elevator icircncare este susţinută garnitura de foraj icircn timpul manevrei acesteia

Din punct de vedere al sarcinii de lucru exista 3 tipuri de chiolbasi

1 Usor (sarcini mici)

2 Mediu (sarcini medii)

3 Greu (sarcini mari)

Tipul usor are forma de za alungita iar cel mediu si greu ndash de bara prevazuta la ambele capete cu

ochiuri

Chiolbasii se executa prin forjare in matrita dintr-o singura bucata de otel slab aliat de

constructii pentru a se asigura o rezistenta mare atat prin fibrajul obtinut prin procedeul tehnologic

respective cat si prin compozitie si prin TT folosit

Fig 362 Diferite tipuri de chiolbaşi

Alegerea chiolbasilor se face in functie de sarcina de lucru si de lungimea nominala

Fig 363 Tipurile de chiolbaşi şi dimensiunile lor principale a ndash chiolbaş de tipul uşor b ndash chiolbaş de tipul mediu c ndash chiolbaş de tipul greu C2 ndash raza de curbură interioară a ochiului superior G1 ndash raza de curbură interioară a ochiului

56

inferior D2 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului superior cu umărul cacircrligului H1 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului inferior cu umărul elevatorului d d1 ndash diametrul barei L ndash lungimea de lucru (dintre

punctele de sprijin pe umărul cacircrligului şi pe umărul elevatorului)

Conform normelor prevazute pentru F200-2DH se aleg chiolbasi de tip greu serie Chiolbaşi 69 x 2100 x 320

Gama de sarcini Fch = 320 tf perDimensiuni principale- d1 = 85 mm- C2 = 108 mm

- G1 =70 mm- D2 = 34 mm - H1 = 345 mm- Lungimea totala Lch = 2100 mm- Masa netă informativă mch = 247 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (36)

GCh = 247 kg middot 981 ms2 = 243 kN

37Alegerea cablului de manevra

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

1 la manevră cablul de manevră sau de foraj

2 la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcărit

3 la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancoră

4 pentru rabaterea turlei cablul de praştie

5 la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electrici

Cablurile 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

57

1 de acelaşi diametru 5 la fire2 de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 371)

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

Fig 371 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

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

1 organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)

2 metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)

3 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 ]

58

Fig 372 Cablarea a ndash icircnfăşurarea spre dreapta b ndash icircnfăşurarea spre stacircngac ndash cablarea icircn cruce stacircnga (ZS) d ndash cablarea icircn cruce dreapta (SZ)e ndash cablarea paralelă dreapta (ZZ) f ndash cablarea paralelă stacircnga (SS)

Alegerea cablului se face pe baza sarcinii sale reale minime de rupere (Srm) astfel icircncacirct să fie satisfăcută condiţia de rezistenţă (vezi [1])

Srm gecM middot FM (37)

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

CM - coeficientul de siguranţă pentru operatiile de tubare si instrumentatie care se accepta egal cu

valoarea 2 conform API Spec9B iar FM ste forta maxima din RA a infasurarii cablului Ea se

determina cu expresia[1]

(372)

in care FM este forta totala care actioneaza asupra ramurilor din cablu z ndash nr de role de la macaraηMminusG - randamentul masinii macara-geamblac la ridicareRandamentul masinii macara-geamblac la ridicare se obtine cu relatia (cf[1])

ηMminusG=β2 ∙Zminus1

2 ∙ Z ∙ β2 ∙Z ∙ ( βminus1 ) (373)

unde β este inversul randamentului unei role

β= 1ηRo

(374)

pentru care se admite valoarea β =104 conform API iar ηRo =096 (API) randament role

59

FM=FM

2sdotzsdotηM minusG

Conform tipului de ansamblu MC ales z =5 Atunci rezultă

ηMminusG =

1 04225minus12sdot5sdot1 042sdot5 (1 04minus1 )

=0 811

Forţa F M se calculează cu expresia (conform [1])

FM =F M +GoTsdot(1+

ac(M )

g )

(375)

unde FM

este sarcina maxima utila la carlig GoT - greutatea moarta la tubare g- acceleratia

gravitationala g= 981 ms2 ac(M )

- acceleratia miscarii carligului are valori cuprinse in domeniul

[0515]∙ ms2

Greutatea moartă la tubare se determină ţinacircnd cont de greutatea elementelor ansamblului

MC a chiolbaşilor (Ch) a elevatorului cu pene (ElP) şi a ramurilor de cablu dintre macara şi

geamblac

GoT =

GMC+G ch+GEl P+GCM

(376)

Deoarece la acest moment nu se cunoaşte tipodimensiunea cablului şi ca urmare masa sa unitară se face aproximaţia

GoT iquestGMC+G ch+GEl P (377)

rezulta

GOT=8446 kN+243kN+20601 kN=1075 kN

Ştiind tipul IF se determină

FM

=200tf= 200∙981 =1962kNSe accepta

ac(M )=1 m s2

si se obtine

FM =1962 kN+107 5 kNsdot(1+ 19 81 )=2080 46 kN

60

Se calculeaza

F =

2080 46 kN2sdot5sdot0 811

=256 531 kN

Se determină sarcina reală minimă de rupere necesară a cablului cu formula

Srmnec gecM middot FM (378)

c M=2 ( conform API) si rezulta

Srmnec =2∙256531kN=513062kN

Se alege un cablu Seale cu o măsură a lui Srm astfel icircncacirct să fie icircndeplinită condiţia următoare

Sr mgtSr m nec

(379)

Ca urmare din [1] tabelul 52 se constată că se poate alege

Cablu Seale 6x19-32-1570 SZ STAS1689-80

caracterizat prin

nT=6 nr toroane

n f=19=1+9+9 nr fire din fiecare torondc=32 mm diametrul nominalRm=1570 MPa rezistenta minima de rupere a sarmelorSr m=531 32 kN sarcina reala minima de rupered0=3 mm diametrul sarmelor centraled1=1 45 mm diametrul sarmelor intermediared2=26 mm diametrul sarmelor exterioarem1 C=3 89 kg m masa unitara

Tipul cablării cruce dreapta (SZ) adică sensul de icircnfăşurare a firelor icircn toron este spre stanga(S) iar sensul de icircnfăşurare a toroanelor icircn cablu este spre dreapta (Z)Sr m=531 32gtSr nec=513 062 kN

Deci conditiaSr mgtSr nec este satisfacuta

Se reia calculul pentru verificare

61

Trebuie sa recalculam FM tinand cont si de greutatea cablului GCM

GCM =2sdotzsdotlr CM(M ) sdotqc (3710)

qc - greutatea unitara a cabluluiqc =m1 Csdotg (3711)

qc =3 89 kg msdot9 81 m s2=38 161 N mlr CM(M ) =(15 m+lp )+sminuslb (3712)

lr CM(M )

=(15 m+27 m)+65 mminus9 m=26 m

in care s=65m ndash spatiu de siguranta lb=9m lungimea unui burlanlp=27m lungimea pasului

GCM=2sdot5sdot26 msdot38 161 N m=9 922 kN

GoT=107 5 kN+9 922kN=117 422kN

Pentru IF F200-2DH vom avea

F =

2091 413 kN2sdot5sdot0 811

=257 88 kN

c M=Sr m

F c M=531 32kN

257 88 kN=2 06gtc=2

Tabelul 375 Parametrii caracteristici ai cablurilor Seale 6 x 19 conform STAS 1689-80

38 Alegerea troliului de foraj

62

FN=200sdot9 81kN+117 442kN (1+ 19 81

)=2091 413kN

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

O altă mărime prin care se apreciază reuşita operaţiilor de tubare a puţului şi de cimentare a coloanei de burlane este coeficientul de spaţiu inelar definit icircn felul următor (vezi [1])

CSI CB=2 ∙ δCB

DM CB

(15)

Raţia spaţiului inelar (RCBj) se determină cu relaţia sa de definiţie (vezi [1])

RCB j=δCB j

D S

(16)

Conditiile de foraj pentru sonda studiata sunt normale

Tabel 13Măsurile diametrului exterior al mufei(DMCB) pentru burlanele cu filete S L şi B

6

12 Determinarea profilurilor coloanelor de burlane si a greutatii fiecarei coloane

Determinarea profilului unei coloane de burlane de ordinul j (CBj) (vezi [1] aplicatia 3) 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 (qBi i = 1 2 ntj)

Stabilirea structuriicomponentei CB se face in functie de solicitarile burlanelor de la adancimea la care acestea sunt amplasate in cadrul coloanei

Se 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 foraj (pef)

Se determina profilulstrucura fiecarei CB care echipeaza Sonda 7 Pacurari ajutorul diagramelor de tubare

Diagrama de tubare este o reprezentare a pozitiei fiecarui tronson de burlane impreuna cu caracteristicile sale (lBi sBi CBi) in cadrul CB in functie de adancimea 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) calculata la cele doua actiuni principale (Ga si pef) considerand o anumita masura a densitatii fluidului de foraj si anumite valori ale coeficientilor de siguranta la turtire si la smulgerea din filet (conform fig 11)Pentru adancimea de introducere a coloanei de ordinul j (adancimea de tubare a putului de ordinul j HTI) se traseaza o iinie verticala pana 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 verticala trasata astfel trece prin mai multe domenii fiecare dintre acestea apartinand 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 SBIsi 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 (121)

Astfel sunt puse in evidenta numarul de trosoane de burlane din care este alcatuita

coloana respectiva de ordinul j (ntj) si de asemenea pozitia (Li-1 si Li) si caracteristicile fiecarui

tronson de burlane (lBi sBi CBi) Datele obtinute in acest fel sunt concentrate intr-un tabel

7

Cunoscand 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 (122)

Apoi se determina greutatea fiecarui tronson de burlane

GBi=qBi∙lBi i=1 2 ntj (123)

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

GCBj= sumi=1

nt j

G B i (124)

8

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

9

Fig 122Determinarea profiluluistructurii CE de 5 in cu filet L din componenta Sondei 7 cu ajutorul diagramei de tubare a accstui tip de coloana

Tabelul 122 Caracteristicile coloanei de exploatare (CE) de 5rsquorsquo cu filet L

CB3=CE DCE=5 in tip IF-APIL HT3=3500 ρf=1500 kgm3 nT3=7

i 1 2 3 4 5 6 7Li-1 m 0 120 625 1025 1060 1650 2550Li m 120 625 1025 1060 1650 2550 3500

lBI m 120 505 400 35 590 900 950

CBI P110 N80 J55 J55 J55 N80 P110

10

SBi m 752 752 752 643 752 752 752

m1Bi kgm 2234 2234 2234 1936 2234 2234 2234

qBi Nm 219155 219155 219155 189921 219155 219155 219155

GBi kN 26298 110673 87662 6647 85470 19724 208197

GCB3 kN 722187

undentj reprezinta numarul de tronsoane de burlane lBi ndash lungimea fiecarui tronson de burlane

NBi ndash numarul de burlane din fiecare tronson CBi ndash clasa de rezistenta a otelului din care se

confectioneaza burlanele din fiecare tronson sBi ndash grosimea de perete a corpului burlanului din

fiecare tronson m1Bi qBi ndash masagreutatea unitara a burlanelor carecompun fiecare tronson

Fig 122Determinarea profiluluistructurii CB de 858 in cu filet L din componenta Sondei 7

Tabelul 123 Caracteristicile CI de 858 cu filet L

CB2=CI DCI= 858in tip IF-APIL HT =2660 ρf=125tm3 nT2=6

11

i 1 2 3 4 5 6Li-1 m 0 255 580 1040 1560 1955Li m 255 580 1040 1560 1955 2660lBI m 255 325 460 520 395 705CBI N80 J55 J55 J55 N80 N80

SBi m 1016 1016 894 1016 1016 1143m1Bi kgm 5362 5362 4766 5362 5362 5958

qBi Nm 526012 526012 467544 526012 526012 584479GBi kN 134133 170954 215070 273526 207774 412059

GCB3 kN 1413516Greutatea aparentă a CB (GaCB3 equiv GaCE) este greutatea acesteia icircn fluidul de foraj din puţul icircn care se introduce şi se determină cu formula (vezi[1])

Ga CE=GCE ∙(1minus ρ f

ρo) (125)

Rezulta

Ga CE=1413516 kN ∙(1minus125785 )=1188433kN

Se calculează greutatea coloanelor de burlane maximă cu relaţia următoare

GCBM = max (GCI GCE) (126)

GCBM = max (1413516kN 722187kN) = 1413516 kN

13Alegerea sapei pentru forajul putului de exploatare (vezi aplicatia 2)

Conform datelor obtinute in paragrafele 11 si 12 s-au 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 TEE 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 incat 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) asigurand un joc interior minirn (δimCBj-1)

12

Fig 114 Sapă cu role-con cu dantură cu dinţi frezaţi executaţi din corpul rolei

1ndash falcă 2ndash con cu dantură cu dinţi din oţel 3 ndash contracon4 ndash dispozitiv de spălare exterioară cu jet (cu duză)

5 ndash cep cu filet conic 6 ndash umărul cepului (icircmbinării filetate)

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 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 conform codificaţiei specifice

Din tabelul 1 [3] (aplicatia 1) se alege diametrul mufei coloanei de exploatare DMCE

corespunzătoare diametrului nominal al coloanei de exploatare DCE STAS 875 - 86 tab 6 icircn funcţie de tipul filetului

DMCE=1413 mm

Ca urmare se alege o sapă cu trei role pentru roci medii-abrazive (MA) Această sapă trebuie să foreze o gaură care să fie tubată cu o coloană de 5 in = 127 mm Pentru reuşita operaţiei de cimentare se recomandă (conform [11] tabelul 11) un spaţiu inelar cu măsura

δCEr = 15 mm

Se calculează diametrul sapei Ds cu următoarea relaţie

(131)

Conform [1] δCE se poate aprecia cu expresia de forma

δCEcong 012 ∙ DCE

(132)

si se obtine

13

δCEcong 012 ∙ 127 mm=1524 mmcong 15 mm

Se constată că cele două măsuri sunt apropiate Atunci folosind expresia

DS PE=iquestD M CE+2 ∙δCE riquest

(133)

rezulta

DS PE=iquest1413 mm+2 ∙15 mm=1713mmiquest

Dar sapa trebuie să treacă prin interiorul coloanei anterioare de 8⅝Prime (2191 mm) Această

coloană fiind introdusă la adacircncimea de 2660 m rezultă din diagrama de tubare că ultimul său

tronson trebuie să fie alcătuit din burlane cu grosimea maximă de perete de 1143 mm Deci

diametrul interior minim al coloanei intermediare de 8⅝Prime calculat cu relaţia

Di m CI ( I )=iquest D CI( I)minus2 ∙S BM iquest (134)

are măsura

Di m CI ( I )=2191 mmminus2 ∙1143 mm=1962 mm

Folosind tabelul 4 se observă că se poate alege o sapă cu diametrul nominal de 6frac34Prime (1715 mm) cu ajutorul căreia se realizează spaţiul inelar cu măsura recomandată respectiv

δCE=05 ∙ (1715 mmminus1413 mm )=151mm

şi care poate trece prin tronsonul cu diametrul interior minim al CI(I) jocul interior minim

determinat cu relaţia (cf [11])

δ i m CI ( I )=05∙ (Di m CI (I )minusDS PE ) (135)

δ i m CI ( I )=05∙ (1962 mmminus1715 mm )=123 mm

Icircn continuare se alege varianta constructivă de sapă MA- 634 DGJ cu diametrul de 6frac34Prime necesară pentru roci MA Adică o sapă cu dinţi din oţel avacircnd contraconul icircntărit şi prin ştifturi din carburi metalice sinterizate (D) cu lagăre cu alunecare etanşe (G) şi cu spălare exterioară cu fluid de foraj (cu jet) (J)

14

14 Alegerea 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 adancime (AnAd) al GarF

Exista doua variante de executie a PG(vezi [3]aplicatia 4)

1 forjate cu tratament termic de imbunatatire pe toata lungimea2 laminate (din tevi cu pereti grosi) cu tratament termic de normalizare si о imbunatatire

la capetePG se realizeaza in urmatoarele forme constructive

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

Fig 141Prajini grele circulare (PGC)

Tabelul 143 Alegerea diametrului nominal al PG (DPG) icircn funcţie de diametrul sapei

(DS)

Ds mm

1365divide1411

1492divide1615

1615divide1715

2127divide2286

2444divide2508

2695 295 3112 3492 ge3747

DPG mm

114(108)

121divide139

(114divide

133divide146

(121divide

187(159)

203(178)

229(203)

245(219)

245(229)

254(229)

273(254)

15

121) 133)

Alegerea PG inseamna determinarea masurilor urmatoarelor marimi

1 diametrul nominal (DPG)2 diametrul interior (DPGi)3 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 avand 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 cat mai mare a diametrului nominal

2 asigurarea unui spatiu inelar (SI) intre peretele putului si PG cu omasura cat mai mare

pentru ca pierderea de presiune (ΔpSIPG) rezultata la curgerea fiuidului de foraj sa fie cat

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 implicand o masura cat mai mica a diametrului nominal

Pe baza unor cercetari experimentale (cf [2]) efectuate in conditii de santier privind viteza medie

de avansare a sapei (vAv) si timpul de prindere in teren a GarF pentru fiecare sonda (tPrSd) in

functie de raportul D2PG D2

S s-a constatat ca exista un domeniu optim de valori pentru acest

raport

D2PG D2

S =[06 07]

Fig 142Viteza 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 foraj

16

Icircn funcţie de valoarea raportului DPGDS se clasifică (cf [6]) PG şi tipurile de formaţiuni icircn care

se recomandă să se foreze (vezi tabelul 142)

Tabelul 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

Pentru alegerea PGC se recomanda relatia empirica[6]

DPG=DS-25 (142)Pentru forajul putului de exploatare al Sondei 7 se considera ca nu exista pericol de

prindere in formatiunea geologica traversata prin foraj pana la adancimea finala

Avand in vedere tipul de formatiune precizat mai sus conform tabelului 2 se alege PG

supradimensionata cu DPG DS= 089

DPG= 1715mm ndash 25mm =1465mm

Din tabelul 143 conform [6] se alege DPG= 146mm Din tabelul 1 (vezi aplicatia 4) se

alege măsura standardizată a diametrului nominal cea mai apropiată de măsurile rezultate anterior

adică DPG = 1524 mm pentru care exista DPGi isin572 715]mm cu m1PGisin 1234 1115 kgm

Rezultă DPGDS = 08886 089cong

ceea ce este icircn acord cu tipul de PG supradimensionată recomandată pentru formaţiunile

fără pericol de prindere

Se calculeaza greutatea unitara

qPG=m1PG ∙ g (143)

unde

DPGi este diametrul interior prajini grele

- pentru DPGi= 572 mm

q=1234kgm

∙ 981ms=1210554

Nm

=1211kN m

unde g este acceleratia de cadere libera g=981 ms2

- pentru DPGi= 715 mm

q=1115kgm

∙ 981m

s2=1093815

Nm

=1094 kN m

17

Se calculeaza coeficientul pierderii de presiune din interiorul PG cu formula

α PGi=

8π 2

sdotλPG i

DPG i5

in care

(144)

λPGi reprezinta coeficientul de rezistenta hidraulica liniara si are o valoare constanta si anume (conform [1])

λPGi=002

- pentru DPGi= 572 mm

α PGi=

8π 2

sdot 0 02

(5 72sdot10minus2 )5 m5= 8

π2sdot2sdot10minus2sdot1010

5 725 m5= 8

π2sdot20000sdot104

5 725 m5=26475sdot104 mminus5

- pentru DPGi= 715 mm

α PGi=

8π 2

sdot 0 02

(7 15sdot10minus2)5 m5= 8

π2sdot2sdot10minus2sdot1010

7 155 m5= 8

π 2sdot20000sdot104

7 155 m5=0 8675sdot104 mminus5

Daca se alege masura mai mica a diametrului interior atunci lungimea AnAd va fi mai mica

dar fara sa se evite fenomenul de flambaj deoarece aceasta lungime este mai mare decat 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 alege PG cuDPG= 6 in= 1524 mm DPgi = 2 1316 in= 715 mm IFU de tipulNC 44 m1PG = 1115 kgm

Mir=244kNm (momentul de insurubare recomandat) i=W M

( lC)

W C(1905 )=284

Se observa ca i=284gtiopt= 25 ceea ce inseamna ca imbinarea filetata cu umar a PG asigura o rezistenta mare la oboseala in sectiunile sale critice (Vezi [1])

14Verificarea la flambaj a ansamblului de prajini grele

141 Determinarea lungimii ansamblului de adancime

Pe baza datelor obtinute anterior se calculeaza lungimea ansamblului de PG (LAnAd) cu formula (vezi [1])

18

LAn Ad=FS

c L ∙qPG ∙(1minusρf

ρo)∙ (cosθminusμa sinθ)

(151)undeFS este forta de apasare pe sapa ρ f -densitatea fluidului de foraj(150tm3) ρ odensitatea otelului(785tm3) LAnPG este lungimea ansamblului de prăjini grele in m

qPG ndash greutatea unitara a PG CL ndash coeficientul lungime Fs ndash forta de apasare pe sapa Ө - unghiul mediu de deviere al sondei fata de vertical g ndash acceleraţia gravitaţională in ms Densitatea fluidului de foraj se poate aprecia cu expresia empirică(cf [8])

ρ f=125+025∙ ln (H ∙10minus3) (152)

ρ f=[125+025∙ ln (35 ∙ 103 ∙10minus3 ) ] t

m3=1563 t m3

Din conditiile tehnologice se alege ρf =15 tm3 (vezi Ap 1)Se calculeaza greutatea unitara a PG

qPG=m1 PGsdotg (153)

qPG=1115kgm

∙981m

s2=109382

Nmcong 1094

kNm

Se calculează forţa de apăsare pe sapă (cf [8])

FS=(03+7 5sdot10minus5sdotH )sdotDS

(154)

FS=(03+75 ∙ 10minus5 ∙35 ∙103)∙ 1715 kN= 9647 kN

Se calculeaza lungimea ansamblului de PG cu expresia (151)

LAn PG=9647 kN

0 85sdot1 094 kN msdot(1minus 157 85 )sdot(cos 30minus03sdotsin 30)

=130 475 m

Өiquest30

Se determina numarul de PG cu relatia

nPG=L An PG

lPG (155)

Unde lPG reprezinta lungimea unei prajini grele Daca se admite pentru lPG

19

masura normala care este egala cu 9m atunci se obtine

nPG=130 475m9 m

=14 49≃15

Se alege nPG=15 si se recalculeaza LAnPG

LAn PG=15sdot9m=135 mSe recalculeaza coeficientul de lungime al AnPG

c L=96 47 kN

135 msdot1 094kNm

sdot(1minus 157 85 )sdot(cos 30minus03sdotsin 30)

=0 821

si se constata ca valoarea lui se gaseste in domeniul recomandat adica [070 085]

142 Verificarea la flambaj a AnPG (vezi [3] aplicatia5)

Lungimea supusa la compresiune a AnPG este c LsdotLAn PG=0 821sdot135=110 835 m (156)

Se calculeaza lungimea critica de flambaj a AnPG(vezi [1])

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 PGExpresia de sub radical adică

(158)

se numeşte (conform lui N Pacircrvulescu) volum de rigiditate la gravitatie deoarece are dimensiunea unui volum si exprima un caracter de rigiditate al PG

Momentul geometric axial se calculeaza cu formula

I PG= π64

sdot( DPG4 minusDPG i

4 ) (159)

I PG= π64

sdot(15 244minus7 154) cm4=2520 375 cm4≃2 5203sdot10minus5 m4

20

Greutatea unitara aparenta a PG se determina cu formula

qa PG=qPGsdot(1minusρf

ρo) (1510)

Se obtine

qa PG=1 094kNm

sdot(1minus 157 85 )=0 885

kNm

Măsura volumului de rigiditate la gravitaţie al PG este

V PG=21∙ 1011 N

m2∙ 2520375 ∙10minus5 m4

0885∙ 103 Nm

=5981∙ 103 m3

Rezultă imediat măsura lungimii critice de flambaj a AnPG

LAn PG cr=17∙3radic5981∙103 m3=3085 mcong 31 m

Comparand aceasta masura a lungimii critice de flambaj a AnPG cu aceea a lungimii

portiunii din AnPG supuse la compresiune se constata

c LsdotLAn PG=110 835 mgtLAn PG cr=31 m

Ceea ce inseamna ca AnPG flambeaza sub actiunea fortei de apasare pe sapa Avand 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 corector-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 prajinile grele al doilea

al treilea si respectiv al patrulea stabilizator (vezi cap 1fig124 f)

21

Fig 143 Alcătuirea ansamblului de adacircncime al garniturii de foraj

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

Alegerea prajinilor de foraj (vezi Apl 6)Prăjinile de foraj (PF) sunt fabricate din ţevi de oţel laminate la cald icircngroşate la capete Se execută următoarele tipuri de PF [6] ndash PF cu racorduri speciale sudate (prin presiune de contact) (PFRSS) ndash PF cu racorduri speciale filetate (PFRSF)

PFRSS se realizează icircn conformitate cu STAS 80371-80 (bdquoPrăjini de foraj pentru racorduri sudate Clasele de rezistenţă D E şi G-105 Dimensiunirdquo) şi conform normei API 5A ndash pentru PF din clasele de rezistenţă D şi E ndash şi normei API 5AX ndash pentru PF din clasele de rezistenţă X-95 G-105 şi S-135 După forma icircngroşării capetelor PFRSS se execută icircn trei variante (vezi fig 161)

ndash PF cu capete icircngroşate la interior (II) (sau IU ndash Internal Upset conform API) ndash PF cu capete icircngroşate la exterior (IE) (sau EU ndash External Upset conform API) ndash PF cu capete icircngroşate la exterior şi la interior (IEI) (sau IEU ndash Internal- External Upset conform API)

22

Fig 161 Prăjini de foraj cu racorduri speciale sudate (PFRSS) [1] a ndash varianta II (cu capetele icircngroşate la interior) respectiv IU (Internal Upset) conform API b ndash varianta IE (cu capetele icircngroşate la exterior) respectiv EU (External Upset) conform API c ndash varianta IEI (cu capetele icircngroşate la exterior şi la interior) respectiv IEU (Internal-External Upset) conform API

Alte tipuri de PF sunt ndash PF cu perete gros ( Thick Wall Drill-Pipe icircn lb en) ndash PF cu grosimea de perete variabilă ndash PF cu racorduri speciale sudate cu canale elicoidale şi cu perete gros

Racordurile speciale pentru sudare (RSS) de la PF cu II IE şi IEI au tipodimensiunile şi

condiţiile tehnice reglementate icircn STAS 75701-80 (bdquoRacorduri speciale pentru sudare prin contact

la prăjini de foraj din clasele de rezistenţă D şi Erdquo) icircn norma API Spec 7 şi de asemenea icircn

normele interne ale firmelor constructoare RSS se execută icircn două variante constructive (fig

162)

ndash varianta A RSS cu scaun conic

ndash varianta B RSS cu scaun drept

23

Fig 162 Racorduri speciale pentru sudare (RSS) la prăjini de foraj [2] varianta A (cu scaun conic) varianta B (cu scaun drept)

Normele API Spec 7 prevăd RS şi pentru PF confecţionate din oţeluri din clasele de rezistenţă

superioare X-95 G-105 şi S-135

RSS sunt prevăzute cu icircmbinări filetate cu umăr (IcircFU) standardizate icircn STAS 8351-80

Alegerea prăjinilor de foraj

A alege prăjinile de foraj (PF) icircnseamnă a stabili ndash tipul PF

ndash diametrul nominal (DPF) şi grosimea de perete (sPF)

ndash clasa (gradul) de rezistenţă ndash clasa de uzură

ndash intervalul de măsuri ale lungimii

Criteriile pe baza cărora se face alegerea PF sunt următoarele

1) rezistenţă maximă la solicitările statice şi variabile care se asigură prin alegerea

corespunzătoare a tipului de PF a clasei de rezistenţă şi a celei de uzură a PF a intervalului de

măsuri ale lungimii PF şi a unei măsuri a grosimii de perete cacirct mai mari

2) rezistenţă maximă la acţiunea mediului coroziv care impune alegerea corespunzătoare a oţelului

şi dacă este cazul alegerea PF cu acoperiri speciale anticorozive şi de asemenea a unei măsuri a

grosimii de perete cacirct mai mari

3) energie minimă consumată icircn timpul forajului care icircnseamnă

a) energie mecanică de rotaţie minimă care se asigură prin alegerea unor măsuri ale

diametrului nominal şi grosimii de perete cacirct mai mici 24

b) energie hidraulică minimă (consumată prin circulaţia fluidului de foraj)ceea ce

presupune o pierdere de presiune minimă la curgerea fluidului de foraj prin interiorul PF care

determină alegerea unei măsuri cacirct mai mici a grosimii de perete

4) energie minimă consumată icircn timpul manevrei GarF ceea ce presupune alegerea PF cu măsura

minimă a masei unitare

Diametrul nominal al PF reprezinta diametrul exterior al corpului PF DPF=DPFe (161)

Diametrul nominal al PF se determina in functie de Dsmasurile orientative fiind date in tabelul de mai jos

Ds mm 150170 150200 175225 200250 225300 gt250DPF mm(in) 889(3 frac12) 1016(4) 1143(4 frac12) 127(5) 1397(5 frac12) 1683(658)

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

Pentru diametrul sapei de foraj determinat icircn subcapitolul anterior Ds= 1715 mm = 634rdquo se alege diametrul nominal al prăjinii de foraj DPF =4 frac12rdquo = 1143 mm

Din STAS 8037 ndash 88 (vezi aplicatia 5 tabelul 1) se alege diametrul nominal standardizat 412rdquo E 75 cu urmatoarele caracteristici

- masa cu racorduri m1PF= 33 Kgm

- grosimea peretelui s= 1092 mm

- diametrul interior DPfi= 9246=925 mm

- aria prăjinii de foraj A= 3547 mm2

- modulul de rezistentă WP= 10583 cm3

- tipul icircngroşării EU

- gradul de rezistenta E 75

- presiunea exterioara limita pel= 894 bar= 894MPa

- presiunea interioara limita pil= 865 bar =865MPa

- forţa de tracţiune limita FtcL= 1834 kN

- momentul de torsiune limita MtLPF= 5003 kNm

- tipodimensiunea IFU a RSS NC46 (4IF)

Solicitari care duc la limita de curgere a RSS

- momentul de insurubare limita dpdv al curgerii materialului RSS

25

M i RS L=53 69 kNm

FtRSL = 4 664 kN (forţa de tracţiune limită dpdv al curgerii materialului RSS)

- momentul de insurubare recomandatM i r=27 3 kNm

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)

Se obtine

APF=π4sdot(114 32 mmminus92 462 mm)=3547 mm2

Se determina modulul de rezistenta polar al sectiunii transversale a corpului PF cu formula

W p=I p

DPF

2

(162)

unde I p este momentul geometric polar al sectiunii transversale a corpului PF

I p=π32

∙( DPF4 minusDPFi

4 )= π32

∙ DPF4 ∙[1minus( DPFi

DPF)

4] (163)

I p=π

32sdot114 34 mmsdot[1minus(925 mm

114 3 mm )4 ]=9569240 653 mm4=956 924 mm3

deci

W p=π

16sdotDPF

3 sdot[1minus( DPF i

DPF)

4]

(164)

Rezulta

W p=π

16sdot114 33sdot[1minus(92 5

114 3 )4]=167658 175 mm3

Calculul tensiunii de tractiune

σ tcl=F tcl

APF

(165)

26

σ tcl=1834 kN

3547 mm2 =1834 ∙ 103 N3547 mm2 =517056 ∙106 Pa

Aceasta tensiune arata limita de curgere minima conform tabelului cu caracteristicile

mecanice ale prajinilor de foraj pentru clasa de rezistenta E75 (vezi aplicatia 6) Limita de curgere

trebuie sa se situeze in intervalul 517hellip724 In cazul nostrum limita este 517 MPa care se

incadreaza intre valorile recomandate

-calculul tensiunii tangentiale τ=G∙θ ∙ r (166)

θ=M t

G ∙ I p

(16 7)

Unde G este modulul de elasticitate transversal al materialului din care se confectioneaza PFPentru otel G= 81010 Paθ- torsiunea specificar- raza punctului considerat din sectiunea transversala a corpului PF

θ= 5003∙ 103 Nm8 ∙ 1010 N m2 ∙ 0956∙ 10minus5m4 =653 ∙ 10minus2 1

m

τ=8 ∙1010 N

m2∙ 653 ∙ 10minus2 mminus1∙ 5785∙ 10minus2m=29855106

N

m2

Aceasta tensiune reprezinta tensiunea tangentiala de curgere

Lungimea ansamblului superior utilizat pentru forajul putului de exploatare se determina cu

expresia

LAn S=H MminusLAn PG (168) LAn S=3500 mminus162 m=3338 m

Se calculeaza numarul de PF

nPF=

LAn S

lPF (169)Considerand ca lungimea unei prajini este cea normala adica 9m se obtine

nPF=3338

9=37088

Se alege nPF=371 si se recalculeaza lungimea AnS

LAnS=371∙9m=3339 m

27

17Alegerea 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

garnitura stanga) [1]

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 masa rotativă 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 (658 REG) in timpul forajului după tubarea unei coloane de burlane prăjina

de antrenare trebuie uneori schimbată ndash diametrul cepului 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 de lucru 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 [1]

28

Fig 171 Prăjina de antrenare forjată a ndash pătrată b ndash hexagonală

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

Alegerea 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-cep

Se prefera alegerea unei prajini de antrenare forjate deoarece nu necesita reductii de legatura

proprii asa cum este cazul prajinii laminate

29

Fig172 Reducţii de legătură icircntre prăjina de antrenare (PA) şi racordul special (RS) denumite RLRS a ndash

reducţie dreaptă (pentru icircmbinări filetate cu aceleaşi dimensiuni) b ndash reducţie icircn trepte (pentru icircmbinări filetate cu

dimensiuni diferite)

Se alege o prajina de antrenare forjata patrata avand elementul de imbinare superioara de

tipul mufa cu filet stanga de tipul 658 REG pentru asamblarea cu reductie cap hidraulic(RLCH)

Pentru ansamblul superior al garniturii de foraj s-a stabilit ca se iau prajini de foraj de 4 12 in cu

racorduri speciale sudare(RSS) cu IEI si tipodimensiunea IFU NC 46

Ca urmare conform tabelului 1 aplicatia 7 se alege prajina de antrenare in varianta

constructiva 1(standard) cu dimensiunea nominala de 4 frac14 in Se foloseste o RLPA dreapta de

tipul mufa(NC46)-cep(NC46) ca in figura 172 a

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 infDPA

mm(in)DPAi mm

a mm

lPA m

mPAkg

1cep

6 58 REGmufăNC46

mufă6 58

REG

cepNC46

A (dreapta) NC46-NC46

108(4 14)

714 108 12192 800

30

18 Alegerea tipului de instalatie de foraj

Instalaţia de foraj reprezintă totalitatea maşinilor utilajelor si instalaţiilor necesare săpării unei sonde

Studiul pe sisteme al instalaţiilor de foraj corespunde principalelor operaţii care se efectuează

pentru forarea unei sonde precum si principalelor grupe de maşini si utilaje care intra in

componenta acestor instalaţii

Sistemele de lucru ale unei instalaţii de foraj sunt

1 Sistemul de manevra mdash SM- cu ajutorul căruia se realizează ridicarea si coboracircrea

sarcinilor

2 Sistemul de circulaţie - SC - care asigura circulaţia fluidului de foraj

3 Sistemul de rotire - SR - care realizează rotirea garniturii de prăjini in timpul forajului

In cazul instalaţiilor de foraj transportabile apare si sistemul de transport

Pentru asigurarea condiţiilor de funcţionare a sistemelor de lucru instalaţia de foraj mai

cuprinde sistemul de comenzi instalaţia de preparare si curăţare a fluidului de foraj dispozitive

de mecanizare si automatizare ansamblul de scule materialul tubular [1]

Alegerea instalaţiei de foraj se face pe baza sarcinii maxime utile (sarcinii maxime de lucru) FM (V APLICATIA 9)

In aplicatiile anterioare s-au determinat greutatile fiecarei coloane de burlane si anume

GCI(I)= 1413516 kN GCE= 722187kN

Rezulta ca cea mai grea CB GCBM=max GCI(I) GCE=1413516 kN

S-au ales pentru forajul putului de exploatare prajini grele cu DPG=6 in=1524 mm

DPGi=2 1316 in= 715 mm m1PG = 1115 kgm qPG=1094kNm LAnPG=135 m

Se determina greutatea AnPG

GAn PG=qPGsdotL An PG

(181)

si se obtine

GAnPG=1094kNm135m=14769kN

Greutatea unitara a PFse calculeaza folosind formula

qPF=m1 PFsdotg (182)

qPF=33kgm

sdot9 81m

s2=323 73

Nm

31

Greutatea AnS va fi

GAn S=qPFsdotLAn S (183)

GAn S=323 73Nm

sdot3 339sdot103 m=1080 934kN

Greutatea GarF se obtine insumand greutatea AnPG si greutatea AnS

GGar F=GAn PG+GAn S (184)

Se obtine

GGar F=147 69 kN+1080 934 kN=1228 624 kN

Se considera ca cea mai grea GarF este garnitura utilizata pentru forajul putului de exploatare

GGar F M=1228 624 kN

Alegerea IF se face pe baza sarcinii nominale de la carlig si a tipului de actionare

FM =max FM T FM D (185)

Sarcina maxima utila de tubare se calculeaza cu formula[1]

FM T

=GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+(1+kmf( M ) )sdot

ac

( M )

g ] (186)

in care

k r(M )estecoeficientul fortei de frecare la ridicarea coloanei de burlane intre peretele putului si

fluidul de foraj k mf(M )minusiquestcoeficientul de masa al fluidului de foraj din interiorul coloanei aderent la

coloana ac(M )- acceleratia miscarii carligului in cazul ridicarii sarcinii normale

kDij- coeficientul diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

ρ0 ndashdensitatea otelului din care sunt confectionate burlanele

ρf -densitatea fluidului de foraj

Coloana fiind considerată plină cu fluid de foraj cu aceeaşi măsură a densităţii ca şi aceea

din interiorul puţului forat coeficientul k mf(M ) se determină cu formula [1]

k m f=ρf

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1] (187)

unde DCB este diametrul nominal al CB GCBM ndash greutatea celei mai grele coloane de burlane Sfa- grosimea startului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al coloanei de burlane

32

LCB ndash lungimea CB lj ndash lungimea tronsonului de ordinul j kDij ndash coef diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

K Dij=Dibj

DCB

(188)

Pentru CI(I) de 858in vom avea

DCI(I)=858in= 2191 mmntCI(I)=6

sB jisin 10 16 10 16 8 94 10 16 10 16 11 43 mmDi B jisin 198 8 198 8 2012 198 8198 8 196 8 mm

k Di jisin 0 907 0 907 0 918 0 907 0 907 0 898 l jisin 255 325 460 520 395 705 m

LCI(I)=HCI(I)=2660m

=125tm3

sf a=0 653 mm grosimea stratului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al CB

iquestsumj=1

6

(1minusk Di j2 )sdotl j=

(1-09072)sdot255+(1minus09072 )sdot325+(1-09182 )sdot460+ (1minus09072 )sdot52 0++ (1-09072)sdot39 5+(1minus0 8982)sdot705=473 972 m

Se admite

k r(M )=02

si ac

(lt M )=1 ms2 Se obţine

Sarcina maxima utila la tubare

FM T =1413 516 kN sdot[(1minus1 25 t m3

7 85 t m3 )sdot(1+02 )+ (1+0 745 )sdot 19 81 ]=1677 556 kN

Sarcina maxima utila de degajare a celei mai grele garnituri de foraj se determina cu relatia[1]

FM D =GGar F Msdot(1minus ρ f

ρo)+FD M

FD M este forta de degajare maxima FD M =300kN

33

k m f(M )=

ρ f

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

5

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1]=

Măsura lui FDM se apreciază icircn funcţie de măsura lui HM conform tabelului 1 aplicatia 9

FM D =1228 624 kNsdot(1minus1 25 t m3

7 85 t m3)+300 kN=1332 983

kN

Conform rezultatelor de mai sus se obtineFM

=max 1677 556 1332983 kN=1677 556 kN 9 81≃171 0047 tf

Ca urmare se poate alege o IF transportabilă pe cale terestră pe subansamble (SAn) din clasa F 200 (vezi [1])

Tipul acţionării se alege icircn funcţie de posibilitatea de alimentare cu energie electrică a IF icircn

zona de amplasare de instalaţiile aflate icircn dotarea firmei de foraj şi de costul comparativ al

combustibilului şi al energiei electrice din perioada cacircnd o să lucreze instalaţia icircn situaţia icircn care

firma dispune de instalaţii cu acţionări neautonome sau autonome

Se admite că situaţia din zona de amplasament a IF impune o acţionare de tipul DH Avacircnd

icircn vedere acest lucru rezultă că se poate alege o IF de tipul

F-200-2DH (T(SAn))

19 Concluzii

Pe baza datelor luate din materialul didactic si standardele nationale cat si internationale s-a

facut un calcul teoretic de alegere al instalatiei de foraj Luand in consideratie ca mediul real poate

aduce un aport negativ asupra calculelor teoretice in rezultatele prezentate mai sus s-au luat niste

coeficienti de siguranta care sa acopere riscurile posibile totodata s-a constatat ca desi pentru

Sonda 7 Pacurari este necesara o instalatie mai mica decat cea aleasa am fost nevoit sa aleg anume

F200-2DH deoarece conditiile tehnico-economice presupun utilizarea tipului utilajului folosit deja

in industria petroliera si standardizat conform normelor STAS si API

2 PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

21 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

34

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

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 arborele 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 [1]

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 MBM 820 cu supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului DH de tipul GF-820+CHC-750-2 sunt

prezentate icircn fig 21 Se analizează dependenţele funcţionale reprezentate de aceste curbe (vezi

aplicatia 13)

35

Fig 2 1 Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului de acţionare de tipul DHformat din GF 820 şi CHC-750-2 pentru reglarea motorului diesel la sarcină plină

şi funcţionarea lui cu gradul maxim de accelerare (la care puterea maximă amotorului este puterea nominală Pn) şi funcţionarea lui cu gradul maxim deaccelerare MI MII ndash momentul dezvoltat la arborele primar (I) respectiv laarborele secundar (II) al CHC ωI ωII ndash viteza unghiulară PI PII ndash puterea

ηCHC ndash randamentul CHC

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (210)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (211)

Tabel 311 Parametrii functionali ai grupului de actionare GF-820 + CHC-750-2

36

Fig 211 Curba caracteristica exterioara a CHC este o caracteristica flexibila cresterea momentului rezistent este

preluata de CHC prin reducerea importanta a vitezei unghiulare a arborelui secundar

Din aceste grafice se deduce ca pentru ηm= 07 DEF al CHC-750-2 reprezentat prin ηCH ϵ

[0700 0847] nII ϵ [275 950] rotmin MII ϵ [14730 4000] kNm

Din datele obinute rezulta avantajele utilizarii CHC in cadrul GA de tipul DH

1 CHC lucreaza ca un variator continuu de viteza adica ωII se modifica automat si continuu odata cu variatia momentului rezistent aplicat arborelui secundar astfel se spune ca CHC isi regleaza regimul de functionare deci CHC permite o autoadaptare a GA la sarcina

2 Utilizarea CHC simplifica lantul cinematic al IF37

3 CHC protejeaza motorul Diesel impotriva suprasarcinilor si a socurilor transmise de la antorul sistemului de lucruinclusive in situatia blocarii secundarului

Fig 212 Curbele caracteristice pentru sarcina plina ale motorului MBM-820 si curba puterii in functie de sarcina plina a aceluiasi motor

22 Alegerea modului de acţionare

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

38

Instalaţiie 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[1]

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

39

Fig 221 Schema structural-functionala a unei instalatii de foraj cu mod de actionare centralizatin varianta MAC2 cu

actionare DH

S-a ales varianta MAC2 in care PN este actionata separat formand impreuna cu GA si transmisiile mecanice respective un grup motopompa (GMP) dupa cum TA este DH vezi 1[1])

23 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

1 pompe centrifuge pentru hidrocicloane2 site vibratoare 3 agitatoare4 pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de foraj5 pompe centrifuge pentru apa6 pompe centrifuge pentru chimicale7 pompe pentru reziduuri8 pompe pentru combustibil9 comanda hidraulica a prevenitoarelor10 instalaţie pentru uscarea aerului11 agregate pentru icircncălzire12 maşini-unelte13 agregat pentru sudura

40

14 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

Tabel 231 Consumatorii auxiliari de forta utilizati in cadrul IF de tipul F200-2DH si puterea lor

NrCrt

Denumirea consumatorilor Puterea motorului

kW

NrmotoarePuterea totala

kW

A Instalatia de foraj propriu-zisa

1 Site virbatoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 10 75

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa racire troliu 75 1 75

5 Pompa apa racire frina hidraulica 75 1 75

6 Pompe instalatie amestec chimicale 3 2 6

7 Pompe combustibil 3 2 6

8 Pompe ulei 15 1 15

9 Pompe de preparare a fluidului de foraj 75 2 150

10 Pompa baterie denisipare 55 1 55

11 Pompa baterie desmiluire 50 1 50

12 Instalatie degazeificare 5 1 5

13 Degazeificator 30 1 30

14 Instalatie de preparare centrifuga 20 3 60

15 Instalatie transport material pulverulent 4 1 4

16 Dispozitiv salvare garnitura 20 1 20

17 Dispozitiv strins-slabit 11 1 11

18 Dispozitiv manevra prajini grele 75 1 75

19 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

20 Pod tubaj reglabil 75 1 75

21 Instalatie comanda prevenitoare 11 1 11

41

22 Instalatie de uscare aer 15 1 15

23 Instalatie iluminat normal 18 1 18

24 Instalatie iluminat siguranta 08 1 08

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

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

PCsAF = 5928 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

24 Calculul puterii instalate

Puterea instalata a IF (Prsquo) reprezinta puterea motoarelor utilizate pentru actionarea

antoarelor principale a celor auxiliare si pentru actionarea celorlalte utilaje si instalatii folosite

pentru executarea diverselor operatii auxiliare

Prsquo = P + PCsAF (241)

P = n Pn (242)

Pn-Puterea nominala a motorului MB820 Pn= 655 kW

n-numarul de motoare folosite

P = (2+2) ∙ PnP = (2 + 2) 655kW = 2620 kW

Prsquo= 2620 kW + 5928 kW = 32128 kW

25 ConcluziiIn capitolul 2 s-au ales grupurile de actionare Alegerea s-a facut pe baza analizei

parametrilor motoarelor si caracteristicile acestora s-a evidentiat modul de utilizare al acestor

grupuri de actionare astfel incat sa fie satisfacute conditiile de tehnologicitate si economicitate

Acest lucru s-a facut pentru a obtine niste parametri de lucru cat se poate eficienti si economici

deoarece in cazul neindeplinirii uneia din conditii se pot intampla atat stagnari ale procesului

normal de foraj (uneori poate chiar si cu consecinte catastrofale) cat si pierderi financiare mari

42

3 ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ SI PREZENTAREA PARAMETRILOR SI CARACTERISTICILOR LOR

31Alegerea capului hidraulic

Fig31 Secţiune prin CH (reprezentare schematică (a) şi reprezentare constructivă (b))1 ndash corp (oală) 2 ndash bolţ 3 ndash toartă (biglu) 4 10 ndash rulment cu role cilindrice (de ghidare) 5 11 ndash garnituri de

etanşare 6 ndash rulment axial principal cu role conice 7 ndash fus 8 ndash reducţie 9 ndash rulment axial secundar cu bile 12 ndash felinar (capac) 13 ndash lulea 14 ndash piuliţă inferioară 15 ndash ţeavă de spălare 16 ndash cutie de etanşare 17 ndash etanşarea icircntre

partea superioară a ţevii de spălare şi lulea 18 ndash piuliţă superioară 19 ndash şuruburi de fixare

Capul hidraulic [1] (CH) este un utilaj care face parte din ansamblul de antrenare a GarF

El reprezinta nodul de legatura intre cele trei echipamente principale (EqPr) ale IF echipamentul

de circulatie (EqC) echipamentul de rotatie (EqR) si de manevra (EqM)

CH este suspendat in ciocul cirligului triplex cu ajutorul toartei sale La randul sau CH sustine

garnitura de foraj prin intermediul reductiei de legatura si al prajinii de antrenare De luleaua CH

se monteaza furtunul de noroi

43

Ca urmare functiunile CH sunt

1 Sustinerea GarF in timpul forajului

2 Permiterea rotatiei GarF

3 Conducerea fluidului de forajsub presiunede la FN la PA prin lulea teava de spalare

fus si RLCHin cazul circulatiei directe

Marimile fizice principale ale CH1 marimile functionale

- sarcina de lucru maxima

- turatia maxima a fusului

- presiunea maxima a fluidului de foraj

2 marimile dimensional-constructive

- diametrul interior al tevii de spalare

- tipo-dimensiulnile de legatura

3 marimile de anduranta

- sarcina limitacapacitatea in functie de rulmentul principal

- durabilitatea rulmentului principal

- durabilitatea etansarii tevii de spalare

Fig 31 Capul hidraulic (CH) montat icircn ciocul cacircrligului icircn timpul forajului

Alegerea capului hidraulic se face pe baza sarcinii maxime de lucru (FCH M

) si trebuie sa echipeze instalatia de foraj F200-2DH [1]

44

FCH M

geF M

(31)

FM =200 tf

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

(32)

Capetele hidraulice construite icircn Romacircnia sunt tipizate conform SR 5736 [66] care este

elaborat icircn concordanţă cu API Spec 8A [67] şi API Spec 8C [68]

Din tab 62 Cap 6 6 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH ndash 320 (ndash40degC) SR 5736

necesar instalaţiei de foraj alese F200

CHndash320 (ndash40degC) SR 5736 este un cap hidraulic echipat cu rulment axial-oscilant cu role

butoi cu sarcina maximă de lucru de 320tf care lucrează icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash

40degC

Conform SR 5736 acest tip de CH se caracterizează şi prin

Sarcina limită sau capacitatea maximă icircn funcţie de rulmentul principal FRLCH=147tf

pM = 35MPa nM = 300 rotmin di = 762 mm LP 4 (filetul de legătură al lulelei cu FF) 6⅝

REG LH (filetul de legătură cu RLCH)

32Alegerea ansamblului macara carlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 32 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]

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia [1]

FMC ge FCM (321)

Din tab32 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32-1250 MC -300 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii

45

Tabel 31 Caracteristicile Ansamblului Macara-Carlig

Tabelul 32 Tipurile de macarale-cacircrlig construite icircn Romacircnia şi caracteristicile lor (cf [69])

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (32)

GMC =8610t middot 981 ms2 = 84464 kN

46

UnMas F200Denumire 5-32MC-300

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300

Nr Roti manevra - 5

Diam cablului mm 32

Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140

Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in f-ie de rulmenti US tonf 347

Masa t 8610

Fig 32 Construcţia ansamblului-cacircrlig mono-bloc 1 ndash cacircrlig triplex 2 ndash bolţ 3 ndash pahar şi rulment axial 4 ndash tijă 5ndash piston 6 ndash arcuri de destindere 7 ndash piesă de legătură icircntre ansamblul cacircrligului şi macara 8 ndash axul macaralei 9 ndash role 10 ndash rulmenţii macaralei 11 ndash plăci laterale

33Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul de foraj reprezinta partea fixa a masinii macara-geamblac Se monteaza in

grupul mastului pe grinzi numite coroana geamblacului Este format dintr-un ax pe care se

monteaza un anumit numar de role (z+1) prin intermediul unor rulmenti Fiecare rola se misca

independent de celelalte (z-numarul de role de la macara) [1]

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

-geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţie romacircnească Avantajul acestui tip

constructiv este acela că este o construcţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

- 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

47

c geamblacul de foraj din două blocuri

- geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se pot roti şi interschimba asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

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

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

a geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

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

b geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

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 ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia [1]

Fig 331 Geamblac cu o roata separata

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 332

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

Alegerea geamblacului de foraj se face in functie de sarcina de lucru maxima de diametrul cablului utilizat de tipul cablului de manevra de tipul macaralei respectiv de tipul ansamblului macara-carlig

48

Pentru instalatia F200-2DH se alege unul din geamblacurile tipizate care sa indeplineasca cerintele impuse

Fig 33 2Geamblac monobloc 1 ndash suport (prin care GF se montează prin şuruburi de coroană ramă) 2ndash ax 3 ndash rolă roată 4 ndash rulment radial-axial cu role conice pe două racircnduri 5 ndash disc distanţier 6 ndash bucşă distanţieră 7 ndash ungător cu bilă (folosit pentru ungerea consistentă a rulmenţilor) (canalele de ungere sunt practicate icircn plan orizontal) 8 ndash placă de presare 9 ndash apărătoare

Pentru instalatia de foraj F 200 se va folosi un geamblac A 6 -32-1250GF-300 (-400C)(vezi [1] cap 54 tab56)adica geamblac de foraj cu 6 roţi role pe ax cu diametrul cablului de manevră de 32 mm

diametrul exterior al rolei de 1250 mm sarcina maximă de lucru 300tfşi temperatura de lucru de ndash

40degC Din tabelul 56 Cap 5 [1]se observă că acest tip de geamblac face parte din clasa

echipamentului (de manevră) 450

Tabel 33 Caracteristicile GeamblaculuiUnMas

Denumire 6-32GF-300Sarcina maxima la coroana geamblacului tf 400

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300Nr Roti manevra - 6

Diam cablului mm 32Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in functie de rulmenti US tonf 416Masa t 28

49

34Alegerea elevatorului 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

Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane de tubare (B-ElPCB) (bdquocasing slip

elevator-spiderrdquo icircn lb en) este o sculă de manevră care se foloseşte icircn timpul tubării puţurilor

atacirct pentru susţinerea coloanei de burlane (CB) ca broască cu pene aşezată pe masa rotativă

(MR) cacirct şi pentru săltarea din penele broaştei şi introducerea coloanei icircn puţ ca elevator (cu

pene) Deci aceste scule se folosesc icircn pereche icircn timpul tubării puţurilor una aşezată pe MR

susţine CB prin icircmpănare icircndeplinind funcţia de broască cu pene (vezi fig 341) iar cealaltă

care este susţinută icircn chiolbaşi avacircnd rolul de elevator (cu pene) se prinde tot prin icircmpănare pe

burlanul care s-a adăugat prin icircnşurubare la coloană saltă CB din broasca cu pene şi o susţine icircn

timpul introducerii ei icircn sondă (vezi fig 342)

Fig 342 Tragerea burlanului pe jilip cu ajutorul unui elevator de tras burlane pentru a fi icircnşurubat icircn

coloana susţinută icircn broasca cu pene

50

Fig 343 Varianta de elevator (cu pene) (cu inel ridicător) a broaştei-elevator cu pene cu două semicorpuri care este susţinută icircn ochiurile inferioare ale chiolbaşilor (11) icircn timpul introducerii coloanei de burlane (12) icircn puţul care se tubează 1 ndash corp carcasă 2 ndash umăr 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă de siguranţă 5 ndash corp de pană 6 ndash bacuri 7 ndash pacirclnie de ghidare 8 ndash cadru ridicător 9 ndash icircmpingătoare 10 ndash mecanism cu pacircrghii de ridicare

Din punct de vedere funcţional se deosebesc tipurile bull broască cu pene (BP) bull elevator cu pene (ElP)

Fig344 Broasca-elevator cu pene

51

In figura 344 este reprezentata Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane (broasca cu pene icircn partea de sus stanga elevatorul cu pene icircn partea dreapta şi vedere de sus a elevatorului cu pene icircn partea de jos) 1ndash corp 2ndash umăr braţ superior 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă (siguranţă pentru chiolbaşi) 5 ndash poartă uşă 6 ndash pene 7 ndash bacuri 8 ndash placă de sprijin (pe masa rotativă) 9 ndash guler de protecţie şi ghidare 10 ndash pacirclnie de ghidare HB ndash icircnălţimea broaştei cu pene HE ndash icircnălţimea elevatorului cu pene l ndash lăţimea broaştei-elevator

Alegerea elevatorului cu pene se face din conditiile urmatoare

FPgtFCBM

(341)

unde

FPleFBminusEl PCB

(342)

Studiind oferta companiei STEROM SA Cacircmpina conform ([1] cap 8 tab88) se alege un elevator cu pene de tipul

B-ElPCB 4frac12 ndash 13⅜ in x 350 ts (9⅝ x 275 ts x 8⅝) (ndash 45ordmC)

icircnseamnă broască-elevator destinată utilizării pentru burlane cu diametrul nominal cuprins

icircntre 4frac12 in şi 13⅜ in (inclusiv) cu sarcina nominală (sarcina maximă de lucru) de 350 ts (320tf)

echipată cu pene set de pene de 958 in cu sarcina nominală (maximă de lucru) de 275 ts (250 tf)

icircn care sunt montate bacuri de 858 in adică această broască-elevator este echipată pentru susţinerea

unei CB de 858 care determină icircn timpul manevrei ei o sarcină maximă la cacircrlig de cel mult 275ts

(250 tf) Ea este executată să lucreze icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash 45 ordmC

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

21t∙981ms2 =20601kN

35 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatorul pentru prăjini de foraj (ElPF) (bdquodrill pipe elevatorrdquo icircn lb en) este o sculă de

manevră care se foloseşte pentru susţinerea garniturii de foraj (GarF) icircn timpul extragerii şi

introducerii ei icircn sondă El prinde sub mufa PF şi este agăţat prin umerii săi icircn ochiurile

inferioare ale chiolbaşilor

ElPF se compune din

52

ndash două corpuri articulate care se icircnchid pe PF prevăzute cu cacircte un umăr cu care se suspendă icircn

ochiurile inferioare (mici) ale chiolbaşilor

ndash icircnchizatorul celor două corpuri

ndash eclise cu bolţuri prinse icircn umeri pentru asigurarea contra ieşirii chiolbaşilor

Elevatoarele se deosebesc prin forma lor modul de icircnchidere a celor două corpuri şi forma

suprafeţei de rezemare a prăjinilor

Din punctul de vedere al icircnchiderii se diferenţiază

ndash ElPF cu icircnchidere centrală (ElPFIcircC)

ndash ElPF cu icircnchidere laterală (ElPFIcircL)

După forma suprafeţei de sprijin al PF se disting

ndash ElPF cu scaun drept (ELPFSD) deci cu suprafaţă de rezemare dreaptă folosite pentru

manevrarea prăjinilor de foraj cu racorduri speciale sudate cu umăr drept (RSSUD) sau cu

racorduri icircnfiletate [1]

Fig 351 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun conic

ndash ElPF cu scaun conic (ElPFSC) care dispun de o suprafaţă de rezemare interioară tronconică cu unghiul de icircnchidere standardizat de 18deg ca şi mufele racordurilor speciale sudate cu umăr conic (RSSUC)

53

Fig 352 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun dreptElevatoarele sunt tipizate prescripţiile generale fiind prevăzute de API Spec 8A [85] şi

Spec 8C [86] Icircn fig 88 este reprezentat un ElPF cu scaun conic iar icircn fig 89 un ElPF cu scaun

drept

In figura 34 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic

Fig 34 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Alegerea elevatorului pentru prajini se face in functie de tipul prajinilor de foraj

1 Daca prajinile sunt cu recorduri speciale infiletate atunci cu scaun drept

2 Daca prajinile sunt cu racorduri speciale sudate atunci cu scaun conic

La alegerea elevatorului trebuie indeplinita conditia

FElgtFGar FMn

(sarcina normala utila de la carlig) (351)

icircn care FGar FM

este sarcina maximă care apare icircn timpul manevrării garniturii pacircnă la adacircncimea

maximă de foraj a puţului respectiv

54

Pentru că prăjinile de foraj sunt cu RSSUC si FGar FM

=122863kN conform tabelului 85

[1] cap 8 se alege un elevator cu scaun conic cu urmatoarea nominalizare

Elevator cu scaun conic 4frac12 x 1214 x 250 adica

elevator cu scaun conic cu dimensiunea nominală de 4frac12 ( pentru prăjini de foraj cu

RSSUC cu diametrul nominal de 4frac12 DPF = 4frac12) cu diametrul interior de 1214 mm (ceea ce

icircnseamnă că se utilizează pentru prăjini cu capetele fie cu II fie cu IEI (conform tabelului 85 cap

8) şi cu sarcina maximă de lucru de 250 tf cu masa mEl=1828kg conform NR 05-1018R STEROM

SA

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

ELpF= mEl middot g (253)

GEl = 1828 kg middot 981 ms2 = 18 kN

36Alegerea chiolbasilor

Chiolbaşii (Ch) (bdquothe drilling linksrdquo bdquoelevator linksrdquo icircn lb en) denumiţi şi bdquobraţele de

elevatorrdquo sunt scule de foraj care fac legătura icircntre cacircrlig şi elevator fiind utilizaţi icircn timpul

manevrei garniturii de foraj (GarF) şi coloanelor de burlane (CB)

Ei se agaţă cu ochiurile superioare de umerii cacircrligului şi susţin cu ochiurile lor inferioare

elevatorul prin umerii acestuia (vezi fig 361) Astfel sarcina datorată GarF sau CB este

preluată prin intermediul elevatorului de către Ch care o transmit cacircrligului [1]

55

Fig 361 Ansamblul format din macara-cacircrlig chiolbaşi şi elevator icircncare este susţinută garnitura de foraj icircn timpul manevrei acesteia

Din punct de vedere al sarcinii de lucru exista 3 tipuri de chiolbasi

1 Usor (sarcini mici)

2 Mediu (sarcini medii)

3 Greu (sarcini mari)

Tipul usor are forma de za alungita iar cel mediu si greu ndash de bara prevazuta la ambele capete cu

ochiuri

Chiolbasii se executa prin forjare in matrita dintr-o singura bucata de otel slab aliat de

constructii pentru a se asigura o rezistenta mare atat prin fibrajul obtinut prin procedeul tehnologic

respective cat si prin compozitie si prin TT folosit

Fig 362 Diferite tipuri de chiolbaşi

Alegerea chiolbasilor se face in functie de sarcina de lucru si de lungimea nominala

Fig 363 Tipurile de chiolbaşi şi dimensiunile lor principale a ndash chiolbaş de tipul uşor b ndash chiolbaş de tipul mediu c ndash chiolbaş de tipul greu C2 ndash raza de curbură interioară a ochiului superior G1 ndash raza de curbură interioară a ochiului

56

inferior D2 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului superior cu umărul cacircrligului H1 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului inferior cu umărul elevatorului d d1 ndash diametrul barei L ndash lungimea de lucru (dintre

punctele de sprijin pe umărul cacircrligului şi pe umărul elevatorului)

Conform normelor prevazute pentru F200-2DH se aleg chiolbasi de tip greu serie Chiolbaşi 69 x 2100 x 320

Gama de sarcini Fch = 320 tf perDimensiuni principale- d1 = 85 mm- C2 = 108 mm

- G1 =70 mm- D2 = 34 mm - H1 = 345 mm- Lungimea totala Lch = 2100 mm- Masa netă informativă mch = 247 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (36)

GCh = 247 kg middot 981 ms2 = 243 kN

37Alegerea cablului de manevra

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

1 la manevră cablul de manevră sau de foraj

2 la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcărit

3 la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancoră

4 pentru rabaterea turlei cablul de praştie

5 la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electrici

Cablurile 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

57

1 de acelaşi diametru 5 la fire2 de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 371)

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

Fig 371 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

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

1 organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)

2 metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)

3 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 ]

58

Fig 372 Cablarea a ndash icircnfăşurarea spre dreapta b ndash icircnfăşurarea spre stacircngac ndash cablarea icircn cruce stacircnga (ZS) d ndash cablarea icircn cruce dreapta (SZ)e ndash cablarea paralelă dreapta (ZZ) f ndash cablarea paralelă stacircnga (SS)

Alegerea cablului se face pe baza sarcinii sale reale minime de rupere (Srm) astfel icircncacirct să fie satisfăcută condiţia de rezistenţă (vezi [1])

Srm gecM middot FM (37)

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

CM - coeficientul de siguranţă pentru operatiile de tubare si instrumentatie care se accepta egal cu

valoarea 2 conform API Spec9B iar FM ste forta maxima din RA a infasurarii cablului Ea se

determina cu expresia[1]

(372)

in care FM este forta totala care actioneaza asupra ramurilor din cablu z ndash nr de role de la macaraηMminusG - randamentul masinii macara-geamblac la ridicareRandamentul masinii macara-geamblac la ridicare se obtine cu relatia (cf[1])

ηMminusG=β2 ∙Zminus1

2 ∙ Z ∙ β2 ∙Z ∙ ( βminus1 ) (373)

unde β este inversul randamentului unei role

β= 1ηRo

(374)

pentru care se admite valoarea β =104 conform API iar ηRo =096 (API) randament role

59

FM=FM

2sdotzsdotηM minusG

Conform tipului de ansamblu MC ales z =5 Atunci rezultă

ηMminusG =

1 04225minus12sdot5sdot1 042sdot5 (1 04minus1 )

=0 811

Forţa F M se calculează cu expresia (conform [1])

FM =F M +GoTsdot(1+

ac(M )

g )

(375)

unde FM

este sarcina maxima utila la carlig GoT - greutatea moarta la tubare g- acceleratia

gravitationala g= 981 ms2 ac(M )

- acceleratia miscarii carligului are valori cuprinse in domeniul

[0515]∙ ms2

Greutatea moartă la tubare se determină ţinacircnd cont de greutatea elementelor ansamblului

MC a chiolbaşilor (Ch) a elevatorului cu pene (ElP) şi a ramurilor de cablu dintre macara şi

geamblac

GoT =

GMC+G ch+GEl P+GCM

(376)

Deoarece la acest moment nu se cunoaşte tipodimensiunea cablului şi ca urmare masa sa unitară se face aproximaţia

GoT iquestGMC+G ch+GEl P (377)

rezulta

GOT=8446 kN+243kN+20601 kN=1075 kN

Ştiind tipul IF se determină

FM

=200tf= 200∙981 =1962kNSe accepta

ac(M )=1 m s2

si se obtine

FM =1962 kN+107 5 kNsdot(1+ 19 81 )=2080 46 kN

60

Se calculeaza

F =

2080 46 kN2sdot5sdot0 811

=256 531 kN

Se determină sarcina reală minimă de rupere necesară a cablului cu formula

Srmnec gecM middot FM (378)

c M=2 ( conform API) si rezulta

Srmnec =2∙256531kN=513062kN

Se alege un cablu Seale cu o măsură a lui Srm astfel icircncacirct să fie icircndeplinită condiţia următoare

Sr mgtSr m nec

(379)

Ca urmare din [1] tabelul 52 se constată că se poate alege

Cablu Seale 6x19-32-1570 SZ STAS1689-80

caracterizat prin

nT=6 nr toroane

n f=19=1+9+9 nr fire din fiecare torondc=32 mm diametrul nominalRm=1570 MPa rezistenta minima de rupere a sarmelorSr m=531 32 kN sarcina reala minima de rupered0=3 mm diametrul sarmelor centraled1=1 45 mm diametrul sarmelor intermediared2=26 mm diametrul sarmelor exterioarem1 C=3 89 kg m masa unitara

Tipul cablării cruce dreapta (SZ) adică sensul de icircnfăşurare a firelor icircn toron este spre stanga(S) iar sensul de icircnfăşurare a toroanelor icircn cablu este spre dreapta (Z)Sr m=531 32gtSr nec=513 062 kN

Deci conditiaSr mgtSr nec este satisfacuta

Se reia calculul pentru verificare

61

Trebuie sa recalculam FM tinand cont si de greutatea cablului GCM

GCM =2sdotzsdotlr CM(M ) sdotqc (3710)

qc - greutatea unitara a cabluluiqc =m1 Csdotg (3711)

qc =3 89 kg msdot9 81 m s2=38 161 N mlr CM(M ) =(15 m+lp )+sminuslb (3712)

lr CM(M )

=(15 m+27 m)+65 mminus9 m=26 m

in care s=65m ndash spatiu de siguranta lb=9m lungimea unui burlanlp=27m lungimea pasului

GCM=2sdot5sdot26 msdot38 161 N m=9 922 kN

GoT=107 5 kN+9 922kN=117 422kN

Pentru IF F200-2DH vom avea

F =

2091 413 kN2sdot5sdot0 811

=257 88 kN

c M=Sr m

F c M=531 32kN

257 88 kN=2 06gtc=2

Tabelul 375 Parametrii caracteristici ai cablurilor Seale 6 x 19 conform STAS 1689-80

38 Alegerea troliului de foraj

62

FN=200sdot9 81kN+117 442kN (1+ 19 81

)=2091 413kN

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

12 Determinarea profilurilor coloanelor de burlane si a greutatii fiecarei coloane

Determinarea profilului unei coloane de burlane de ordinul j (CBj) (vezi [1] aplicatia 3) 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 (qBi i = 1 2 ntj)

Stabilirea structuriicomponentei CB se face in functie de solicitarile burlanelor de la adancimea la care acestea sunt amplasate in cadrul coloanei

Se 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 foraj (pef)

Se determina profilulstrucura fiecarei CB care echipeaza Sonda 7 Pacurari ajutorul diagramelor de tubare

Diagrama de tubare este o reprezentare a pozitiei fiecarui tronson de burlane impreuna cu caracteristicile sale (lBi sBi CBi) in cadrul CB in functie de adancimea 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) calculata la cele doua actiuni principale (Ga si pef) considerand o anumita masura a densitatii fluidului de foraj si anumite valori ale coeficientilor de siguranta la turtire si la smulgerea din filet (conform fig 11)Pentru adancimea de introducere a coloanei de ordinul j (adancimea de tubare a putului de ordinul j HTI) se traseaza o iinie verticala pana 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 verticala trasata astfel trece prin mai multe domenii fiecare dintre acestea apartinand 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 SBIsi 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 (121)

Astfel sunt puse in evidenta numarul de trosoane de burlane din care este alcatuita

coloana respectiva de ordinul j (ntj) si de asemenea pozitia (Li-1 si Li) si caracteristicile fiecarui

tronson de burlane (lBi sBi CBi) Datele obtinute in acest fel sunt concentrate intr-un tabel

7

Cunoscand 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 (122)

Apoi se determina greutatea fiecarui tronson de burlane

GBi=qBi∙lBi i=1 2 ntj (123)

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

GCBj= sumi=1

nt j

G B i (124)

8

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

9

Fig 122Determinarea profiluluistructurii CE de 5 in cu filet L din componenta Sondei 7 cu ajutorul diagramei de tubare a accstui tip de coloana

Tabelul 122 Caracteristicile coloanei de exploatare (CE) de 5rsquorsquo cu filet L

CB3=CE DCE=5 in tip IF-APIL HT3=3500 ρf=1500 kgm3 nT3=7

i 1 2 3 4 5 6 7Li-1 m 0 120 625 1025 1060 1650 2550Li m 120 625 1025 1060 1650 2550 3500

lBI m 120 505 400 35 590 900 950

CBI P110 N80 J55 J55 J55 N80 P110

10

SBi m 752 752 752 643 752 752 752

m1Bi kgm 2234 2234 2234 1936 2234 2234 2234

qBi Nm 219155 219155 219155 189921 219155 219155 219155

GBi kN 26298 110673 87662 6647 85470 19724 208197

GCB3 kN 722187

undentj reprezinta numarul de tronsoane de burlane lBi ndash lungimea fiecarui tronson de burlane

NBi ndash numarul de burlane din fiecare tronson CBi ndash clasa de rezistenta a otelului din care se

confectioneaza burlanele din fiecare tronson sBi ndash grosimea de perete a corpului burlanului din

fiecare tronson m1Bi qBi ndash masagreutatea unitara a burlanelor carecompun fiecare tronson

Fig 122Determinarea profiluluistructurii CB de 858 in cu filet L din componenta Sondei 7

Tabelul 123 Caracteristicile CI de 858 cu filet L

CB2=CI DCI= 858in tip IF-APIL HT =2660 ρf=125tm3 nT2=6

11

i 1 2 3 4 5 6Li-1 m 0 255 580 1040 1560 1955Li m 255 580 1040 1560 1955 2660lBI m 255 325 460 520 395 705CBI N80 J55 J55 J55 N80 N80

SBi m 1016 1016 894 1016 1016 1143m1Bi kgm 5362 5362 4766 5362 5362 5958

qBi Nm 526012 526012 467544 526012 526012 584479GBi kN 134133 170954 215070 273526 207774 412059

GCB3 kN 1413516Greutatea aparentă a CB (GaCB3 equiv GaCE) este greutatea acesteia icircn fluidul de foraj din puţul icircn care se introduce şi se determină cu formula (vezi[1])

Ga CE=GCE ∙(1minus ρ f

ρo) (125)

Rezulta

Ga CE=1413516 kN ∙(1minus125785 )=1188433kN

Se calculează greutatea coloanelor de burlane maximă cu relaţia următoare

GCBM = max (GCI GCE) (126)

GCBM = max (1413516kN 722187kN) = 1413516 kN

13Alegerea sapei pentru forajul putului de exploatare (vezi aplicatia 2)

Conform datelor obtinute in paragrafele 11 si 12 s-au 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 TEE 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 incat 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) asigurand un joc interior minirn (δimCBj-1)

12

Fig 114 Sapă cu role-con cu dantură cu dinţi frezaţi executaţi din corpul rolei

1ndash falcă 2ndash con cu dantură cu dinţi din oţel 3 ndash contracon4 ndash dispozitiv de spălare exterioară cu jet (cu duză)

5 ndash cep cu filet conic 6 ndash umărul cepului (icircmbinării filetate)

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 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 conform codificaţiei specifice

Din tabelul 1 [3] (aplicatia 1) se alege diametrul mufei coloanei de exploatare DMCE

corespunzătoare diametrului nominal al coloanei de exploatare DCE STAS 875 - 86 tab 6 icircn funcţie de tipul filetului

DMCE=1413 mm

Ca urmare se alege o sapă cu trei role pentru roci medii-abrazive (MA) Această sapă trebuie să foreze o gaură care să fie tubată cu o coloană de 5 in = 127 mm Pentru reuşita operaţiei de cimentare se recomandă (conform [11] tabelul 11) un spaţiu inelar cu măsura

δCEr = 15 mm

Se calculează diametrul sapei Ds cu următoarea relaţie

(131)

Conform [1] δCE se poate aprecia cu expresia de forma

δCEcong 012 ∙ DCE

(132)

si se obtine

13

δCEcong 012 ∙ 127 mm=1524 mmcong 15 mm

Se constată că cele două măsuri sunt apropiate Atunci folosind expresia

DS PE=iquestD M CE+2 ∙δCE riquest

(133)

rezulta

DS PE=iquest1413 mm+2 ∙15 mm=1713mmiquest

Dar sapa trebuie să treacă prin interiorul coloanei anterioare de 8⅝Prime (2191 mm) Această

coloană fiind introdusă la adacircncimea de 2660 m rezultă din diagrama de tubare că ultimul său

tronson trebuie să fie alcătuit din burlane cu grosimea maximă de perete de 1143 mm Deci

diametrul interior minim al coloanei intermediare de 8⅝Prime calculat cu relaţia

Di m CI ( I )=iquest D CI( I)minus2 ∙S BM iquest (134)

are măsura

Di m CI ( I )=2191 mmminus2 ∙1143 mm=1962 mm

Folosind tabelul 4 se observă că se poate alege o sapă cu diametrul nominal de 6frac34Prime (1715 mm) cu ajutorul căreia se realizează spaţiul inelar cu măsura recomandată respectiv

δCE=05 ∙ (1715 mmminus1413 mm )=151mm

şi care poate trece prin tronsonul cu diametrul interior minim al CI(I) jocul interior minim

determinat cu relaţia (cf [11])

δ i m CI ( I )=05∙ (Di m CI (I )minusDS PE ) (135)

δ i m CI ( I )=05∙ (1962 mmminus1715 mm )=123 mm

Icircn continuare se alege varianta constructivă de sapă MA- 634 DGJ cu diametrul de 6frac34Prime necesară pentru roci MA Adică o sapă cu dinţi din oţel avacircnd contraconul icircntărit şi prin ştifturi din carburi metalice sinterizate (D) cu lagăre cu alunecare etanşe (G) şi cu spălare exterioară cu fluid de foraj (cu jet) (J)

14

14 Alegerea 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 adancime (AnAd) al GarF

Exista doua variante de executie a PG(vezi [3]aplicatia 4)

1 forjate cu tratament termic de imbunatatire pe toata lungimea2 laminate (din tevi cu pereti grosi) cu tratament termic de normalizare si о imbunatatire

la capetePG se realizeaza in urmatoarele forme constructive

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

Fig 141Prajini grele circulare (PGC)

Tabelul 143 Alegerea diametrului nominal al PG (DPG) icircn funcţie de diametrul sapei

(DS)

Ds mm

1365divide1411

1492divide1615

1615divide1715

2127divide2286

2444divide2508

2695 295 3112 3492 ge3747

DPG mm

114(108)

121divide139

(114divide

133divide146

(121divide

187(159)

203(178)

229(203)

245(219)

245(229)

254(229)

273(254)

15

121) 133)

Alegerea PG inseamna determinarea masurilor urmatoarelor marimi

1 diametrul nominal (DPG)2 diametrul interior (DPGi)3 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 avand 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 cat mai mare a diametrului nominal

2 asigurarea unui spatiu inelar (SI) intre peretele putului si PG cu omasura cat mai mare

pentru ca pierderea de presiune (ΔpSIPG) rezultata la curgerea fiuidului de foraj sa fie cat

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 implicand o masura cat mai mica a diametrului nominal

Pe baza unor cercetari experimentale (cf [2]) efectuate in conditii de santier privind viteza medie

de avansare a sapei (vAv) si timpul de prindere in teren a GarF pentru fiecare sonda (tPrSd) in

functie de raportul D2PG D2

S s-a constatat ca exista un domeniu optim de valori pentru acest

raport

D2PG D2

S =[06 07]

Fig 142Viteza 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 foraj

16

Icircn funcţie de valoarea raportului DPGDS se clasifică (cf [6]) PG şi tipurile de formaţiuni icircn care

se recomandă să se foreze (vezi tabelul 142)

Tabelul 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

Pentru alegerea PGC se recomanda relatia empirica[6]

DPG=DS-25 (142)Pentru forajul putului de exploatare al Sondei 7 se considera ca nu exista pericol de

prindere in formatiunea geologica traversata prin foraj pana la adancimea finala

Avand in vedere tipul de formatiune precizat mai sus conform tabelului 2 se alege PG

supradimensionata cu DPG DS= 089

DPG= 1715mm ndash 25mm =1465mm

Din tabelul 143 conform [6] se alege DPG= 146mm Din tabelul 1 (vezi aplicatia 4) se

alege măsura standardizată a diametrului nominal cea mai apropiată de măsurile rezultate anterior

adică DPG = 1524 mm pentru care exista DPGi isin572 715]mm cu m1PGisin 1234 1115 kgm

Rezultă DPGDS = 08886 089cong

ceea ce este icircn acord cu tipul de PG supradimensionată recomandată pentru formaţiunile

fără pericol de prindere

Se calculeaza greutatea unitara

qPG=m1PG ∙ g (143)

unde

DPGi este diametrul interior prajini grele

- pentru DPGi= 572 mm

q=1234kgm

∙ 981ms=1210554

Nm

=1211kN m

unde g este acceleratia de cadere libera g=981 ms2

- pentru DPGi= 715 mm

q=1115kgm

∙ 981m

s2=1093815

Nm

=1094 kN m

17

Se calculeaza coeficientul pierderii de presiune din interiorul PG cu formula

α PGi=

8π 2

sdotλPG i

DPG i5

in care

(144)

λPGi reprezinta coeficientul de rezistenta hidraulica liniara si are o valoare constanta si anume (conform [1])

λPGi=002

- pentru DPGi= 572 mm

α PGi=

8π 2

sdot 0 02

(5 72sdot10minus2 )5 m5= 8

π2sdot2sdot10minus2sdot1010

5 725 m5= 8

π2sdot20000sdot104

5 725 m5=26475sdot104 mminus5

- pentru DPGi= 715 mm

α PGi=

8π 2

sdot 0 02

(7 15sdot10minus2)5 m5= 8

π2sdot2sdot10minus2sdot1010

7 155 m5= 8

π 2sdot20000sdot104

7 155 m5=0 8675sdot104 mminus5

Daca se alege masura mai mica a diametrului interior atunci lungimea AnAd va fi mai mica

dar fara sa se evite fenomenul de flambaj deoarece aceasta lungime este mai mare decat 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 alege PG cuDPG= 6 in= 1524 mm DPgi = 2 1316 in= 715 mm IFU de tipulNC 44 m1PG = 1115 kgm

Mir=244kNm (momentul de insurubare recomandat) i=W M

( lC)

W C(1905 )=284

Se observa ca i=284gtiopt= 25 ceea ce inseamna ca imbinarea filetata cu umar a PG asigura o rezistenta mare la oboseala in sectiunile sale critice (Vezi [1])

14Verificarea la flambaj a ansamblului de prajini grele

141 Determinarea lungimii ansamblului de adancime

Pe baza datelor obtinute anterior se calculeaza lungimea ansamblului de PG (LAnAd) cu formula (vezi [1])

18

LAn Ad=FS

c L ∙qPG ∙(1minusρf

ρo)∙ (cosθminusμa sinθ)

(151)undeFS este forta de apasare pe sapa ρ f -densitatea fluidului de foraj(150tm3) ρ odensitatea otelului(785tm3) LAnPG este lungimea ansamblului de prăjini grele in m

qPG ndash greutatea unitara a PG CL ndash coeficientul lungime Fs ndash forta de apasare pe sapa Ө - unghiul mediu de deviere al sondei fata de vertical g ndash acceleraţia gravitaţională in ms Densitatea fluidului de foraj se poate aprecia cu expresia empirică(cf [8])

ρ f=125+025∙ ln (H ∙10minus3) (152)

ρ f=[125+025∙ ln (35 ∙ 103 ∙10minus3 ) ] t

m3=1563 t m3

Din conditiile tehnologice se alege ρf =15 tm3 (vezi Ap 1)Se calculeaza greutatea unitara a PG

qPG=m1 PGsdotg (153)

qPG=1115kgm

∙981m

s2=109382

Nmcong 1094

kNm

Se calculează forţa de apăsare pe sapă (cf [8])

FS=(03+7 5sdot10minus5sdotH )sdotDS

(154)

FS=(03+75 ∙ 10minus5 ∙35 ∙103)∙ 1715 kN= 9647 kN

Se calculeaza lungimea ansamblului de PG cu expresia (151)

LAn PG=9647 kN

0 85sdot1 094 kN msdot(1minus 157 85 )sdot(cos 30minus03sdotsin 30)

=130 475 m

Өiquest30

Se determina numarul de PG cu relatia

nPG=L An PG

lPG (155)

Unde lPG reprezinta lungimea unei prajini grele Daca se admite pentru lPG

19

masura normala care este egala cu 9m atunci se obtine

nPG=130 475m9 m

=14 49≃15

Se alege nPG=15 si se recalculeaza LAnPG

LAn PG=15sdot9m=135 mSe recalculeaza coeficientul de lungime al AnPG

c L=96 47 kN

135 msdot1 094kNm

sdot(1minus 157 85 )sdot(cos 30minus03sdotsin 30)

=0 821

si se constata ca valoarea lui se gaseste in domeniul recomandat adica [070 085]

142 Verificarea la flambaj a AnPG (vezi [3] aplicatia5)

Lungimea supusa la compresiune a AnPG este c LsdotLAn PG=0 821sdot135=110 835 m (156)

Se calculeaza lungimea critica de flambaj a AnPG(vezi [1])

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 PGExpresia de sub radical adică

(158)

se numeşte (conform lui N Pacircrvulescu) volum de rigiditate la gravitatie deoarece are dimensiunea unui volum si exprima un caracter de rigiditate al PG

Momentul geometric axial se calculeaza cu formula

I PG= π64

sdot( DPG4 minusDPG i

4 ) (159)

I PG= π64

sdot(15 244minus7 154) cm4=2520 375 cm4≃2 5203sdot10minus5 m4

20

Greutatea unitara aparenta a PG se determina cu formula

qa PG=qPGsdot(1minusρf

ρo) (1510)

Se obtine

qa PG=1 094kNm

sdot(1minus 157 85 )=0 885

kNm

Măsura volumului de rigiditate la gravitaţie al PG este

V PG=21∙ 1011 N

m2∙ 2520375 ∙10minus5 m4

0885∙ 103 Nm

=5981∙ 103 m3

Rezultă imediat măsura lungimii critice de flambaj a AnPG

LAn PG cr=17∙3radic5981∙103 m3=3085 mcong 31 m

Comparand aceasta masura a lungimii critice de flambaj a AnPG cu aceea a lungimii

portiunii din AnPG supuse la compresiune se constata

c LsdotLAn PG=110 835 mgtLAn PG cr=31 m

Ceea ce inseamna ca AnPG flambeaza sub actiunea fortei de apasare pe sapa Avand 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 corector-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 prajinile grele al doilea

al treilea si respectiv al patrulea stabilizator (vezi cap 1fig124 f)

21

Fig 143 Alcătuirea ansamblului de adacircncime al garniturii de foraj

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

Alegerea prajinilor de foraj (vezi Apl 6)Prăjinile de foraj (PF) sunt fabricate din ţevi de oţel laminate la cald icircngroşate la capete Se execută următoarele tipuri de PF [6] ndash PF cu racorduri speciale sudate (prin presiune de contact) (PFRSS) ndash PF cu racorduri speciale filetate (PFRSF)

PFRSS se realizează icircn conformitate cu STAS 80371-80 (bdquoPrăjini de foraj pentru racorduri sudate Clasele de rezistenţă D E şi G-105 Dimensiunirdquo) şi conform normei API 5A ndash pentru PF din clasele de rezistenţă D şi E ndash şi normei API 5AX ndash pentru PF din clasele de rezistenţă X-95 G-105 şi S-135 După forma icircngroşării capetelor PFRSS se execută icircn trei variante (vezi fig 161)

ndash PF cu capete icircngroşate la interior (II) (sau IU ndash Internal Upset conform API) ndash PF cu capete icircngroşate la exterior (IE) (sau EU ndash External Upset conform API) ndash PF cu capete icircngroşate la exterior şi la interior (IEI) (sau IEU ndash Internal- External Upset conform API)

22

Fig 161 Prăjini de foraj cu racorduri speciale sudate (PFRSS) [1] a ndash varianta II (cu capetele icircngroşate la interior) respectiv IU (Internal Upset) conform API b ndash varianta IE (cu capetele icircngroşate la exterior) respectiv EU (External Upset) conform API c ndash varianta IEI (cu capetele icircngroşate la exterior şi la interior) respectiv IEU (Internal-External Upset) conform API

Alte tipuri de PF sunt ndash PF cu perete gros ( Thick Wall Drill-Pipe icircn lb en) ndash PF cu grosimea de perete variabilă ndash PF cu racorduri speciale sudate cu canale elicoidale şi cu perete gros

Racordurile speciale pentru sudare (RSS) de la PF cu II IE şi IEI au tipodimensiunile şi

condiţiile tehnice reglementate icircn STAS 75701-80 (bdquoRacorduri speciale pentru sudare prin contact

la prăjini de foraj din clasele de rezistenţă D şi Erdquo) icircn norma API Spec 7 şi de asemenea icircn

normele interne ale firmelor constructoare RSS se execută icircn două variante constructive (fig

162)

ndash varianta A RSS cu scaun conic

ndash varianta B RSS cu scaun drept

23

Fig 162 Racorduri speciale pentru sudare (RSS) la prăjini de foraj [2] varianta A (cu scaun conic) varianta B (cu scaun drept)

Normele API Spec 7 prevăd RS şi pentru PF confecţionate din oţeluri din clasele de rezistenţă

superioare X-95 G-105 şi S-135

RSS sunt prevăzute cu icircmbinări filetate cu umăr (IcircFU) standardizate icircn STAS 8351-80

Alegerea prăjinilor de foraj

A alege prăjinile de foraj (PF) icircnseamnă a stabili ndash tipul PF

ndash diametrul nominal (DPF) şi grosimea de perete (sPF)

ndash clasa (gradul) de rezistenţă ndash clasa de uzură

ndash intervalul de măsuri ale lungimii

Criteriile pe baza cărora se face alegerea PF sunt următoarele

1) rezistenţă maximă la solicitările statice şi variabile care se asigură prin alegerea

corespunzătoare a tipului de PF a clasei de rezistenţă şi a celei de uzură a PF a intervalului de

măsuri ale lungimii PF şi a unei măsuri a grosimii de perete cacirct mai mari

2) rezistenţă maximă la acţiunea mediului coroziv care impune alegerea corespunzătoare a oţelului

şi dacă este cazul alegerea PF cu acoperiri speciale anticorozive şi de asemenea a unei măsuri a

grosimii de perete cacirct mai mari

3) energie minimă consumată icircn timpul forajului care icircnseamnă

a) energie mecanică de rotaţie minimă care se asigură prin alegerea unor măsuri ale

diametrului nominal şi grosimii de perete cacirct mai mici 24

b) energie hidraulică minimă (consumată prin circulaţia fluidului de foraj)ceea ce

presupune o pierdere de presiune minimă la curgerea fluidului de foraj prin interiorul PF care

determină alegerea unei măsuri cacirct mai mici a grosimii de perete

4) energie minimă consumată icircn timpul manevrei GarF ceea ce presupune alegerea PF cu măsura

minimă a masei unitare

Diametrul nominal al PF reprezinta diametrul exterior al corpului PF DPF=DPFe (161)

Diametrul nominal al PF se determina in functie de Dsmasurile orientative fiind date in tabelul de mai jos

Ds mm 150170 150200 175225 200250 225300 gt250DPF mm(in) 889(3 frac12) 1016(4) 1143(4 frac12) 127(5) 1397(5 frac12) 1683(658)

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

Pentru diametrul sapei de foraj determinat icircn subcapitolul anterior Ds= 1715 mm = 634rdquo se alege diametrul nominal al prăjinii de foraj DPF =4 frac12rdquo = 1143 mm

Din STAS 8037 ndash 88 (vezi aplicatia 5 tabelul 1) se alege diametrul nominal standardizat 412rdquo E 75 cu urmatoarele caracteristici

- masa cu racorduri m1PF= 33 Kgm

- grosimea peretelui s= 1092 mm

- diametrul interior DPfi= 9246=925 mm

- aria prăjinii de foraj A= 3547 mm2

- modulul de rezistentă WP= 10583 cm3

- tipul icircngroşării EU

- gradul de rezistenta E 75

- presiunea exterioara limita pel= 894 bar= 894MPa

- presiunea interioara limita pil= 865 bar =865MPa

- forţa de tracţiune limita FtcL= 1834 kN

- momentul de torsiune limita MtLPF= 5003 kNm

- tipodimensiunea IFU a RSS NC46 (4IF)

Solicitari care duc la limita de curgere a RSS

- momentul de insurubare limita dpdv al curgerii materialului RSS

25

M i RS L=53 69 kNm

FtRSL = 4 664 kN (forţa de tracţiune limită dpdv al curgerii materialului RSS)

- momentul de insurubare recomandatM i r=27 3 kNm

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)

Se obtine

APF=π4sdot(114 32 mmminus92 462 mm)=3547 mm2

Se determina modulul de rezistenta polar al sectiunii transversale a corpului PF cu formula

W p=I p

DPF

2

(162)

unde I p este momentul geometric polar al sectiunii transversale a corpului PF

I p=π32

∙( DPF4 minusDPFi

4 )= π32

∙ DPF4 ∙[1minus( DPFi

DPF)

4] (163)

I p=π

32sdot114 34 mmsdot[1minus(925 mm

114 3 mm )4 ]=9569240 653 mm4=956 924 mm3

deci

W p=π

16sdotDPF

3 sdot[1minus( DPF i

DPF)

4]

(164)

Rezulta

W p=π

16sdot114 33sdot[1minus(92 5

114 3 )4]=167658 175 mm3

Calculul tensiunii de tractiune

σ tcl=F tcl

APF

(165)

26

σ tcl=1834 kN

3547 mm2 =1834 ∙ 103 N3547 mm2 =517056 ∙106 Pa

Aceasta tensiune arata limita de curgere minima conform tabelului cu caracteristicile

mecanice ale prajinilor de foraj pentru clasa de rezistenta E75 (vezi aplicatia 6) Limita de curgere

trebuie sa se situeze in intervalul 517hellip724 In cazul nostrum limita este 517 MPa care se

incadreaza intre valorile recomandate

-calculul tensiunii tangentiale τ=G∙θ ∙ r (166)

θ=M t

G ∙ I p

(16 7)

Unde G este modulul de elasticitate transversal al materialului din care se confectioneaza PFPentru otel G= 81010 Paθ- torsiunea specificar- raza punctului considerat din sectiunea transversala a corpului PF

θ= 5003∙ 103 Nm8 ∙ 1010 N m2 ∙ 0956∙ 10minus5m4 =653 ∙ 10minus2 1

m

τ=8 ∙1010 N

m2∙ 653 ∙ 10minus2 mminus1∙ 5785∙ 10minus2m=29855106

N

m2

Aceasta tensiune reprezinta tensiunea tangentiala de curgere

Lungimea ansamblului superior utilizat pentru forajul putului de exploatare se determina cu

expresia

LAn S=H MminusLAn PG (168) LAn S=3500 mminus162 m=3338 m

Se calculeaza numarul de PF

nPF=

LAn S

lPF (169)Considerand ca lungimea unei prajini este cea normala adica 9m se obtine

nPF=3338

9=37088

Se alege nPF=371 si se recalculeaza lungimea AnS

LAnS=371∙9m=3339 m

27

17Alegerea 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

garnitura stanga) [1]

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 masa rotativă 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 (658 REG) in timpul forajului după tubarea unei coloane de burlane prăjina

de antrenare trebuie uneori schimbată ndash diametrul cepului 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 de lucru 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 [1]

28

Fig 171 Prăjina de antrenare forjată a ndash pătrată b ndash hexagonală

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

Alegerea 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-cep

Se prefera alegerea unei prajini de antrenare forjate deoarece nu necesita reductii de legatura

proprii asa cum este cazul prajinii laminate

29

Fig172 Reducţii de legătură icircntre prăjina de antrenare (PA) şi racordul special (RS) denumite RLRS a ndash

reducţie dreaptă (pentru icircmbinări filetate cu aceleaşi dimensiuni) b ndash reducţie icircn trepte (pentru icircmbinări filetate cu

dimensiuni diferite)

Se alege o prajina de antrenare forjata patrata avand elementul de imbinare superioara de

tipul mufa cu filet stanga de tipul 658 REG pentru asamblarea cu reductie cap hidraulic(RLCH)

Pentru ansamblul superior al garniturii de foraj s-a stabilit ca se iau prajini de foraj de 4 12 in cu

racorduri speciale sudare(RSS) cu IEI si tipodimensiunea IFU NC 46

Ca urmare conform tabelului 1 aplicatia 7 se alege prajina de antrenare in varianta

constructiva 1(standard) cu dimensiunea nominala de 4 frac14 in Se foloseste o RLPA dreapta de

tipul mufa(NC46)-cep(NC46) ca in figura 172 a

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 infDPA

mm(in)DPAi mm

a mm

lPA m

mPAkg

1cep

6 58 REGmufăNC46

mufă6 58

REG

cepNC46

A (dreapta) NC46-NC46

108(4 14)

714 108 12192 800

30

18 Alegerea tipului de instalatie de foraj

Instalaţia de foraj reprezintă totalitatea maşinilor utilajelor si instalaţiilor necesare săpării unei sonde

Studiul pe sisteme al instalaţiilor de foraj corespunde principalelor operaţii care se efectuează

pentru forarea unei sonde precum si principalelor grupe de maşini si utilaje care intra in

componenta acestor instalaţii

Sistemele de lucru ale unei instalaţii de foraj sunt

1 Sistemul de manevra mdash SM- cu ajutorul căruia se realizează ridicarea si coboracircrea

sarcinilor

2 Sistemul de circulaţie - SC - care asigura circulaţia fluidului de foraj

3 Sistemul de rotire - SR - care realizează rotirea garniturii de prăjini in timpul forajului

In cazul instalaţiilor de foraj transportabile apare si sistemul de transport

Pentru asigurarea condiţiilor de funcţionare a sistemelor de lucru instalaţia de foraj mai

cuprinde sistemul de comenzi instalaţia de preparare si curăţare a fluidului de foraj dispozitive

de mecanizare si automatizare ansamblul de scule materialul tubular [1]

Alegerea instalaţiei de foraj se face pe baza sarcinii maxime utile (sarcinii maxime de lucru) FM (V APLICATIA 9)

In aplicatiile anterioare s-au determinat greutatile fiecarei coloane de burlane si anume

GCI(I)= 1413516 kN GCE= 722187kN

Rezulta ca cea mai grea CB GCBM=max GCI(I) GCE=1413516 kN

S-au ales pentru forajul putului de exploatare prajini grele cu DPG=6 in=1524 mm

DPGi=2 1316 in= 715 mm m1PG = 1115 kgm qPG=1094kNm LAnPG=135 m

Se determina greutatea AnPG

GAn PG=qPGsdotL An PG

(181)

si se obtine

GAnPG=1094kNm135m=14769kN

Greutatea unitara a PFse calculeaza folosind formula

qPF=m1 PFsdotg (182)

qPF=33kgm

sdot9 81m

s2=323 73

Nm

31

Greutatea AnS va fi

GAn S=qPFsdotLAn S (183)

GAn S=323 73Nm

sdot3 339sdot103 m=1080 934kN

Greutatea GarF se obtine insumand greutatea AnPG si greutatea AnS

GGar F=GAn PG+GAn S (184)

Se obtine

GGar F=147 69 kN+1080 934 kN=1228 624 kN

Se considera ca cea mai grea GarF este garnitura utilizata pentru forajul putului de exploatare

GGar F M=1228 624 kN

Alegerea IF se face pe baza sarcinii nominale de la carlig si a tipului de actionare

FM =max FM T FM D (185)

Sarcina maxima utila de tubare se calculeaza cu formula[1]

FM T

=GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+(1+kmf( M ) )sdot

ac

( M )

g ] (186)

in care

k r(M )estecoeficientul fortei de frecare la ridicarea coloanei de burlane intre peretele putului si

fluidul de foraj k mf(M )minusiquestcoeficientul de masa al fluidului de foraj din interiorul coloanei aderent la

coloana ac(M )- acceleratia miscarii carligului in cazul ridicarii sarcinii normale

kDij- coeficientul diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

ρ0 ndashdensitatea otelului din care sunt confectionate burlanele

ρf -densitatea fluidului de foraj

Coloana fiind considerată plină cu fluid de foraj cu aceeaşi măsură a densităţii ca şi aceea

din interiorul puţului forat coeficientul k mf(M ) se determină cu formula [1]

k m f=ρf

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1] (187)

unde DCB este diametrul nominal al CB GCBM ndash greutatea celei mai grele coloane de burlane Sfa- grosimea startului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al coloanei de burlane

32

LCB ndash lungimea CB lj ndash lungimea tronsonului de ordinul j kDij ndash coef diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

K Dij=Dibj

DCB

(188)

Pentru CI(I) de 858in vom avea

DCI(I)=858in= 2191 mmntCI(I)=6

sB jisin 10 16 10 16 8 94 10 16 10 16 11 43 mmDi B jisin 198 8 198 8 2012 198 8198 8 196 8 mm

k Di jisin 0 907 0 907 0 918 0 907 0 907 0 898 l jisin 255 325 460 520 395 705 m

LCI(I)=HCI(I)=2660m

=125tm3

sf a=0 653 mm grosimea stratului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al CB

iquestsumj=1

6

(1minusk Di j2 )sdotl j=

(1-09072)sdot255+(1minus09072 )sdot325+(1-09182 )sdot460+ (1minus09072 )sdot52 0++ (1-09072)sdot39 5+(1minus0 8982)sdot705=473 972 m

Se admite

k r(M )=02

si ac

(lt M )=1 ms2 Se obţine

Sarcina maxima utila la tubare

FM T =1413 516 kN sdot[(1minus1 25 t m3

7 85 t m3 )sdot(1+02 )+ (1+0 745 )sdot 19 81 ]=1677 556 kN

Sarcina maxima utila de degajare a celei mai grele garnituri de foraj se determina cu relatia[1]

FM D =GGar F Msdot(1minus ρ f

ρo)+FD M

FD M este forta de degajare maxima FD M =300kN

33

k m f(M )=

ρ f

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

5

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1]=

Măsura lui FDM se apreciază icircn funcţie de măsura lui HM conform tabelului 1 aplicatia 9

FM D =1228 624 kNsdot(1minus1 25 t m3

7 85 t m3)+300 kN=1332 983

kN

Conform rezultatelor de mai sus se obtineFM

=max 1677 556 1332983 kN=1677 556 kN 9 81≃171 0047 tf

Ca urmare se poate alege o IF transportabilă pe cale terestră pe subansamble (SAn) din clasa F 200 (vezi [1])

Tipul acţionării se alege icircn funcţie de posibilitatea de alimentare cu energie electrică a IF icircn

zona de amplasare de instalaţiile aflate icircn dotarea firmei de foraj şi de costul comparativ al

combustibilului şi al energiei electrice din perioada cacircnd o să lucreze instalaţia icircn situaţia icircn care

firma dispune de instalaţii cu acţionări neautonome sau autonome

Se admite că situaţia din zona de amplasament a IF impune o acţionare de tipul DH Avacircnd

icircn vedere acest lucru rezultă că se poate alege o IF de tipul

F-200-2DH (T(SAn))

19 Concluzii

Pe baza datelor luate din materialul didactic si standardele nationale cat si internationale s-a

facut un calcul teoretic de alegere al instalatiei de foraj Luand in consideratie ca mediul real poate

aduce un aport negativ asupra calculelor teoretice in rezultatele prezentate mai sus s-au luat niste

coeficienti de siguranta care sa acopere riscurile posibile totodata s-a constatat ca desi pentru

Sonda 7 Pacurari este necesara o instalatie mai mica decat cea aleasa am fost nevoit sa aleg anume

F200-2DH deoarece conditiile tehnico-economice presupun utilizarea tipului utilajului folosit deja

in industria petroliera si standardizat conform normelor STAS si API

2 PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

21 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

34

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

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 arborele 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 [1]

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 MBM 820 cu supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului DH de tipul GF-820+CHC-750-2 sunt

prezentate icircn fig 21 Se analizează dependenţele funcţionale reprezentate de aceste curbe (vezi

aplicatia 13)

35

Fig 2 1 Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului de acţionare de tipul DHformat din GF 820 şi CHC-750-2 pentru reglarea motorului diesel la sarcină plină

şi funcţionarea lui cu gradul maxim de accelerare (la care puterea maximă amotorului este puterea nominală Pn) şi funcţionarea lui cu gradul maxim deaccelerare MI MII ndash momentul dezvoltat la arborele primar (I) respectiv laarborele secundar (II) al CHC ωI ωII ndash viteza unghiulară PI PII ndash puterea

ηCHC ndash randamentul CHC

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (210)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (211)

Tabel 311 Parametrii functionali ai grupului de actionare GF-820 + CHC-750-2

36

Fig 211 Curba caracteristica exterioara a CHC este o caracteristica flexibila cresterea momentului rezistent este

preluata de CHC prin reducerea importanta a vitezei unghiulare a arborelui secundar

Din aceste grafice se deduce ca pentru ηm= 07 DEF al CHC-750-2 reprezentat prin ηCH ϵ

[0700 0847] nII ϵ [275 950] rotmin MII ϵ [14730 4000] kNm

Din datele obinute rezulta avantajele utilizarii CHC in cadrul GA de tipul DH

1 CHC lucreaza ca un variator continuu de viteza adica ωII se modifica automat si continuu odata cu variatia momentului rezistent aplicat arborelui secundar astfel se spune ca CHC isi regleaza regimul de functionare deci CHC permite o autoadaptare a GA la sarcina

2 Utilizarea CHC simplifica lantul cinematic al IF37

3 CHC protejeaza motorul Diesel impotriva suprasarcinilor si a socurilor transmise de la antorul sistemului de lucruinclusive in situatia blocarii secundarului

Fig 212 Curbele caracteristice pentru sarcina plina ale motorului MBM-820 si curba puterii in functie de sarcina plina a aceluiasi motor

22 Alegerea modului de acţionare

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

38

Instalaţiie 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[1]

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

39

Fig 221 Schema structural-functionala a unei instalatii de foraj cu mod de actionare centralizatin varianta MAC2 cu

actionare DH

S-a ales varianta MAC2 in care PN este actionata separat formand impreuna cu GA si transmisiile mecanice respective un grup motopompa (GMP) dupa cum TA este DH vezi 1[1])

23 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

1 pompe centrifuge pentru hidrocicloane2 site vibratoare 3 agitatoare4 pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de foraj5 pompe centrifuge pentru apa6 pompe centrifuge pentru chimicale7 pompe pentru reziduuri8 pompe pentru combustibil9 comanda hidraulica a prevenitoarelor10 instalaţie pentru uscarea aerului11 agregate pentru icircncălzire12 maşini-unelte13 agregat pentru sudura

40

14 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

Tabel 231 Consumatorii auxiliari de forta utilizati in cadrul IF de tipul F200-2DH si puterea lor

NrCrt

Denumirea consumatorilor Puterea motorului

kW

NrmotoarePuterea totala

kW

A Instalatia de foraj propriu-zisa

1 Site virbatoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 10 75

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa racire troliu 75 1 75

5 Pompa apa racire frina hidraulica 75 1 75

6 Pompe instalatie amestec chimicale 3 2 6

7 Pompe combustibil 3 2 6

8 Pompe ulei 15 1 15

9 Pompe de preparare a fluidului de foraj 75 2 150

10 Pompa baterie denisipare 55 1 55

11 Pompa baterie desmiluire 50 1 50

12 Instalatie degazeificare 5 1 5

13 Degazeificator 30 1 30

14 Instalatie de preparare centrifuga 20 3 60

15 Instalatie transport material pulverulent 4 1 4

16 Dispozitiv salvare garnitura 20 1 20

17 Dispozitiv strins-slabit 11 1 11

18 Dispozitiv manevra prajini grele 75 1 75

19 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

20 Pod tubaj reglabil 75 1 75

21 Instalatie comanda prevenitoare 11 1 11

41

22 Instalatie de uscare aer 15 1 15

23 Instalatie iluminat normal 18 1 18

24 Instalatie iluminat siguranta 08 1 08

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

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

PCsAF = 5928 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

24 Calculul puterii instalate

Puterea instalata a IF (Prsquo) reprezinta puterea motoarelor utilizate pentru actionarea

antoarelor principale a celor auxiliare si pentru actionarea celorlalte utilaje si instalatii folosite

pentru executarea diverselor operatii auxiliare

Prsquo = P + PCsAF (241)

P = n Pn (242)

Pn-Puterea nominala a motorului MB820 Pn= 655 kW

n-numarul de motoare folosite

P = (2+2) ∙ PnP = (2 + 2) 655kW = 2620 kW

Prsquo= 2620 kW + 5928 kW = 32128 kW

25 ConcluziiIn capitolul 2 s-au ales grupurile de actionare Alegerea s-a facut pe baza analizei

parametrilor motoarelor si caracteristicile acestora s-a evidentiat modul de utilizare al acestor

grupuri de actionare astfel incat sa fie satisfacute conditiile de tehnologicitate si economicitate

Acest lucru s-a facut pentru a obtine niste parametri de lucru cat se poate eficienti si economici

deoarece in cazul neindeplinirii uneia din conditii se pot intampla atat stagnari ale procesului

normal de foraj (uneori poate chiar si cu consecinte catastrofale) cat si pierderi financiare mari

42

3 ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ SI PREZENTAREA PARAMETRILOR SI CARACTERISTICILOR LOR

31Alegerea capului hidraulic

Fig31 Secţiune prin CH (reprezentare schematică (a) şi reprezentare constructivă (b))1 ndash corp (oală) 2 ndash bolţ 3 ndash toartă (biglu) 4 10 ndash rulment cu role cilindrice (de ghidare) 5 11 ndash garnituri de

etanşare 6 ndash rulment axial principal cu role conice 7 ndash fus 8 ndash reducţie 9 ndash rulment axial secundar cu bile 12 ndash felinar (capac) 13 ndash lulea 14 ndash piuliţă inferioară 15 ndash ţeavă de spălare 16 ndash cutie de etanşare 17 ndash etanşarea icircntre

partea superioară a ţevii de spălare şi lulea 18 ndash piuliţă superioară 19 ndash şuruburi de fixare

Capul hidraulic [1] (CH) este un utilaj care face parte din ansamblul de antrenare a GarF

El reprezinta nodul de legatura intre cele trei echipamente principale (EqPr) ale IF echipamentul

de circulatie (EqC) echipamentul de rotatie (EqR) si de manevra (EqM)

CH este suspendat in ciocul cirligului triplex cu ajutorul toartei sale La randul sau CH sustine

garnitura de foraj prin intermediul reductiei de legatura si al prajinii de antrenare De luleaua CH

se monteaza furtunul de noroi

43

Ca urmare functiunile CH sunt

1 Sustinerea GarF in timpul forajului

2 Permiterea rotatiei GarF

3 Conducerea fluidului de forajsub presiunede la FN la PA prin lulea teava de spalare

fus si RLCHin cazul circulatiei directe

Marimile fizice principale ale CH1 marimile functionale

- sarcina de lucru maxima

- turatia maxima a fusului

- presiunea maxima a fluidului de foraj

2 marimile dimensional-constructive

- diametrul interior al tevii de spalare

- tipo-dimensiulnile de legatura

3 marimile de anduranta

- sarcina limitacapacitatea in functie de rulmentul principal

- durabilitatea rulmentului principal

- durabilitatea etansarii tevii de spalare

Fig 31 Capul hidraulic (CH) montat icircn ciocul cacircrligului icircn timpul forajului

Alegerea capului hidraulic se face pe baza sarcinii maxime de lucru (FCH M

) si trebuie sa echipeze instalatia de foraj F200-2DH [1]

44

FCH M

geF M

(31)

FM =200 tf

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

(32)

Capetele hidraulice construite icircn Romacircnia sunt tipizate conform SR 5736 [66] care este

elaborat icircn concordanţă cu API Spec 8A [67] şi API Spec 8C [68]

Din tab 62 Cap 6 6 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH ndash 320 (ndash40degC) SR 5736

necesar instalaţiei de foraj alese F200

CHndash320 (ndash40degC) SR 5736 este un cap hidraulic echipat cu rulment axial-oscilant cu role

butoi cu sarcina maximă de lucru de 320tf care lucrează icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash

40degC

Conform SR 5736 acest tip de CH se caracterizează şi prin

Sarcina limită sau capacitatea maximă icircn funcţie de rulmentul principal FRLCH=147tf

pM = 35MPa nM = 300 rotmin di = 762 mm LP 4 (filetul de legătură al lulelei cu FF) 6⅝

REG LH (filetul de legătură cu RLCH)

32Alegerea ansamblului macara carlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 32 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]

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia [1]

FMC ge FCM (321)

Din tab32 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32-1250 MC -300 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii

45

Tabel 31 Caracteristicile Ansamblului Macara-Carlig

Tabelul 32 Tipurile de macarale-cacircrlig construite icircn Romacircnia şi caracteristicile lor (cf [69])

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (32)

GMC =8610t middot 981 ms2 = 84464 kN

46

UnMas F200Denumire 5-32MC-300

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300

Nr Roti manevra - 5

Diam cablului mm 32

Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140

Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in f-ie de rulmenti US tonf 347

Masa t 8610

Fig 32 Construcţia ansamblului-cacircrlig mono-bloc 1 ndash cacircrlig triplex 2 ndash bolţ 3 ndash pahar şi rulment axial 4 ndash tijă 5ndash piston 6 ndash arcuri de destindere 7 ndash piesă de legătură icircntre ansamblul cacircrligului şi macara 8 ndash axul macaralei 9 ndash role 10 ndash rulmenţii macaralei 11 ndash plăci laterale

33Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul de foraj reprezinta partea fixa a masinii macara-geamblac Se monteaza in

grupul mastului pe grinzi numite coroana geamblacului Este format dintr-un ax pe care se

monteaza un anumit numar de role (z+1) prin intermediul unor rulmenti Fiecare rola se misca

independent de celelalte (z-numarul de role de la macara) [1]

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

-geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţie romacircnească Avantajul acestui tip

constructiv este acela că este o construcţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

- 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

47

c geamblacul de foraj din două blocuri

- geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se pot roti şi interschimba asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

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

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

a geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

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

b geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

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 ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia [1]

Fig 331 Geamblac cu o roata separata

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 332

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

Alegerea geamblacului de foraj se face in functie de sarcina de lucru maxima de diametrul cablului utilizat de tipul cablului de manevra de tipul macaralei respectiv de tipul ansamblului macara-carlig

48

Pentru instalatia F200-2DH se alege unul din geamblacurile tipizate care sa indeplineasca cerintele impuse

Fig 33 2Geamblac monobloc 1 ndash suport (prin care GF se montează prin şuruburi de coroană ramă) 2ndash ax 3 ndash rolă roată 4 ndash rulment radial-axial cu role conice pe două racircnduri 5 ndash disc distanţier 6 ndash bucşă distanţieră 7 ndash ungător cu bilă (folosit pentru ungerea consistentă a rulmenţilor) (canalele de ungere sunt practicate icircn plan orizontal) 8 ndash placă de presare 9 ndash apărătoare

Pentru instalatia de foraj F 200 se va folosi un geamblac A 6 -32-1250GF-300 (-400C)(vezi [1] cap 54 tab56)adica geamblac de foraj cu 6 roţi role pe ax cu diametrul cablului de manevră de 32 mm

diametrul exterior al rolei de 1250 mm sarcina maximă de lucru 300tfşi temperatura de lucru de ndash

40degC Din tabelul 56 Cap 5 [1]se observă că acest tip de geamblac face parte din clasa

echipamentului (de manevră) 450

Tabel 33 Caracteristicile GeamblaculuiUnMas

Denumire 6-32GF-300Sarcina maxima la coroana geamblacului tf 400

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300Nr Roti manevra - 6

Diam cablului mm 32Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in functie de rulmenti US tonf 416Masa t 28

49

34Alegerea elevatorului 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

Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane de tubare (B-ElPCB) (bdquocasing slip

elevator-spiderrdquo icircn lb en) este o sculă de manevră care se foloseşte icircn timpul tubării puţurilor

atacirct pentru susţinerea coloanei de burlane (CB) ca broască cu pene aşezată pe masa rotativă

(MR) cacirct şi pentru săltarea din penele broaştei şi introducerea coloanei icircn puţ ca elevator (cu

pene) Deci aceste scule se folosesc icircn pereche icircn timpul tubării puţurilor una aşezată pe MR

susţine CB prin icircmpănare icircndeplinind funcţia de broască cu pene (vezi fig 341) iar cealaltă

care este susţinută icircn chiolbaşi avacircnd rolul de elevator (cu pene) se prinde tot prin icircmpănare pe

burlanul care s-a adăugat prin icircnşurubare la coloană saltă CB din broasca cu pene şi o susţine icircn

timpul introducerii ei icircn sondă (vezi fig 342)

Fig 342 Tragerea burlanului pe jilip cu ajutorul unui elevator de tras burlane pentru a fi icircnşurubat icircn

coloana susţinută icircn broasca cu pene

50

Fig 343 Varianta de elevator (cu pene) (cu inel ridicător) a broaştei-elevator cu pene cu două semicorpuri care este susţinută icircn ochiurile inferioare ale chiolbaşilor (11) icircn timpul introducerii coloanei de burlane (12) icircn puţul care se tubează 1 ndash corp carcasă 2 ndash umăr 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă de siguranţă 5 ndash corp de pană 6 ndash bacuri 7 ndash pacirclnie de ghidare 8 ndash cadru ridicător 9 ndash icircmpingătoare 10 ndash mecanism cu pacircrghii de ridicare

Din punct de vedere funcţional se deosebesc tipurile bull broască cu pene (BP) bull elevator cu pene (ElP)

Fig344 Broasca-elevator cu pene

51

In figura 344 este reprezentata Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane (broasca cu pene icircn partea de sus stanga elevatorul cu pene icircn partea dreapta şi vedere de sus a elevatorului cu pene icircn partea de jos) 1ndash corp 2ndash umăr braţ superior 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă (siguranţă pentru chiolbaşi) 5 ndash poartă uşă 6 ndash pene 7 ndash bacuri 8 ndash placă de sprijin (pe masa rotativă) 9 ndash guler de protecţie şi ghidare 10 ndash pacirclnie de ghidare HB ndash icircnălţimea broaştei cu pene HE ndash icircnălţimea elevatorului cu pene l ndash lăţimea broaştei-elevator

Alegerea elevatorului cu pene se face din conditiile urmatoare

FPgtFCBM

(341)

unde

FPleFBminusEl PCB

(342)

Studiind oferta companiei STEROM SA Cacircmpina conform ([1] cap 8 tab88) se alege un elevator cu pene de tipul

B-ElPCB 4frac12 ndash 13⅜ in x 350 ts (9⅝ x 275 ts x 8⅝) (ndash 45ordmC)

icircnseamnă broască-elevator destinată utilizării pentru burlane cu diametrul nominal cuprins

icircntre 4frac12 in şi 13⅜ in (inclusiv) cu sarcina nominală (sarcina maximă de lucru) de 350 ts (320tf)

echipată cu pene set de pene de 958 in cu sarcina nominală (maximă de lucru) de 275 ts (250 tf)

icircn care sunt montate bacuri de 858 in adică această broască-elevator este echipată pentru susţinerea

unei CB de 858 care determină icircn timpul manevrei ei o sarcină maximă la cacircrlig de cel mult 275ts

(250 tf) Ea este executată să lucreze icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash 45 ordmC

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

21t∙981ms2 =20601kN

35 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatorul pentru prăjini de foraj (ElPF) (bdquodrill pipe elevatorrdquo icircn lb en) este o sculă de

manevră care se foloseşte pentru susţinerea garniturii de foraj (GarF) icircn timpul extragerii şi

introducerii ei icircn sondă El prinde sub mufa PF şi este agăţat prin umerii săi icircn ochiurile

inferioare ale chiolbaşilor

ElPF se compune din

52

ndash două corpuri articulate care se icircnchid pe PF prevăzute cu cacircte un umăr cu care se suspendă icircn

ochiurile inferioare (mici) ale chiolbaşilor

ndash icircnchizatorul celor două corpuri

ndash eclise cu bolţuri prinse icircn umeri pentru asigurarea contra ieşirii chiolbaşilor

Elevatoarele se deosebesc prin forma lor modul de icircnchidere a celor două corpuri şi forma

suprafeţei de rezemare a prăjinilor

Din punctul de vedere al icircnchiderii se diferenţiază

ndash ElPF cu icircnchidere centrală (ElPFIcircC)

ndash ElPF cu icircnchidere laterală (ElPFIcircL)

După forma suprafeţei de sprijin al PF se disting

ndash ElPF cu scaun drept (ELPFSD) deci cu suprafaţă de rezemare dreaptă folosite pentru

manevrarea prăjinilor de foraj cu racorduri speciale sudate cu umăr drept (RSSUD) sau cu

racorduri icircnfiletate [1]

Fig 351 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun conic

ndash ElPF cu scaun conic (ElPFSC) care dispun de o suprafaţă de rezemare interioară tronconică cu unghiul de icircnchidere standardizat de 18deg ca şi mufele racordurilor speciale sudate cu umăr conic (RSSUC)

53

Fig 352 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun dreptElevatoarele sunt tipizate prescripţiile generale fiind prevăzute de API Spec 8A [85] şi

Spec 8C [86] Icircn fig 88 este reprezentat un ElPF cu scaun conic iar icircn fig 89 un ElPF cu scaun

drept

In figura 34 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic

Fig 34 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Alegerea elevatorului pentru prajini se face in functie de tipul prajinilor de foraj

1 Daca prajinile sunt cu recorduri speciale infiletate atunci cu scaun drept

2 Daca prajinile sunt cu racorduri speciale sudate atunci cu scaun conic

La alegerea elevatorului trebuie indeplinita conditia

FElgtFGar FMn

(sarcina normala utila de la carlig) (351)

icircn care FGar FM

este sarcina maximă care apare icircn timpul manevrării garniturii pacircnă la adacircncimea

maximă de foraj a puţului respectiv

54

Pentru că prăjinile de foraj sunt cu RSSUC si FGar FM

=122863kN conform tabelului 85

[1] cap 8 se alege un elevator cu scaun conic cu urmatoarea nominalizare

Elevator cu scaun conic 4frac12 x 1214 x 250 adica

elevator cu scaun conic cu dimensiunea nominală de 4frac12 ( pentru prăjini de foraj cu

RSSUC cu diametrul nominal de 4frac12 DPF = 4frac12) cu diametrul interior de 1214 mm (ceea ce

icircnseamnă că se utilizează pentru prăjini cu capetele fie cu II fie cu IEI (conform tabelului 85 cap

8) şi cu sarcina maximă de lucru de 250 tf cu masa mEl=1828kg conform NR 05-1018R STEROM

SA

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

ELpF= mEl middot g (253)

GEl = 1828 kg middot 981 ms2 = 18 kN

36Alegerea chiolbasilor

Chiolbaşii (Ch) (bdquothe drilling linksrdquo bdquoelevator linksrdquo icircn lb en) denumiţi şi bdquobraţele de

elevatorrdquo sunt scule de foraj care fac legătura icircntre cacircrlig şi elevator fiind utilizaţi icircn timpul

manevrei garniturii de foraj (GarF) şi coloanelor de burlane (CB)

Ei se agaţă cu ochiurile superioare de umerii cacircrligului şi susţin cu ochiurile lor inferioare

elevatorul prin umerii acestuia (vezi fig 361) Astfel sarcina datorată GarF sau CB este

preluată prin intermediul elevatorului de către Ch care o transmit cacircrligului [1]

55

Fig 361 Ansamblul format din macara-cacircrlig chiolbaşi şi elevator icircncare este susţinută garnitura de foraj icircn timpul manevrei acesteia

Din punct de vedere al sarcinii de lucru exista 3 tipuri de chiolbasi

1 Usor (sarcini mici)

2 Mediu (sarcini medii)

3 Greu (sarcini mari)

Tipul usor are forma de za alungita iar cel mediu si greu ndash de bara prevazuta la ambele capete cu

ochiuri

Chiolbasii se executa prin forjare in matrita dintr-o singura bucata de otel slab aliat de

constructii pentru a se asigura o rezistenta mare atat prin fibrajul obtinut prin procedeul tehnologic

respective cat si prin compozitie si prin TT folosit

Fig 362 Diferite tipuri de chiolbaşi

Alegerea chiolbasilor se face in functie de sarcina de lucru si de lungimea nominala

Fig 363 Tipurile de chiolbaşi şi dimensiunile lor principale a ndash chiolbaş de tipul uşor b ndash chiolbaş de tipul mediu c ndash chiolbaş de tipul greu C2 ndash raza de curbură interioară a ochiului superior G1 ndash raza de curbură interioară a ochiului

56

inferior D2 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului superior cu umărul cacircrligului H1 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului inferior cu umărul elevatorului d d1 ndash diametrul barei L ndash lungimea de lucru (dintre

punctele de sprijin pe umărul cacircrligului şi pe umărul elevatorului)

Conform normelor prevazute pentru F200-2DH se aleg chiolbasi de tip greu serie Chiolbaşi 69 x 2100 x 320

Gama de sarcini Fch = 320 tf perDimensiuni principale- d1 = 85 mm- C2 = 108 mm

- G1 =70 mm- D2 = 34 mm - H1 = 345 mm- Lungimea totala Lch = 2100 mm- Masa netă informativă mch = 247 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (36)

GCh = 247 kg middot 981 ms2 = 243 kN

37Alegerea cablului de manevra

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

1 la manevră cablul de manevră sau de foraj

2 la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcărit

3 la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancoră

4 pentru rabaterea turlei cablul de praştie

5 la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electrici

Cablurile 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

57

1 de acelaşi diametru 5 la fire2 de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 371)

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

Fig 371 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

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

1 organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)

2 metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)

3 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 ]

58

Fig 372 Cablarea a ndash icircnfăşurarea spre dreapta b ndash icircnfăşurarea spre stacircngac ndash cablarea icircn cruce stacircnga (ZS) d ndash cablarea icircn cruce dreapta (SZ)e ndash cablarea paralelă dreapta (ZZ) f ndash cablarea paralelă stacircnga (SS)

Alegerea cablului se face pe baza sarcinii sale reale minime de rupere (Srm) astfel icircncacirct să fie satisfăcută condiţia de rezistenţă (vezi [1])

Srm gecM middot FM (37)

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

CM - coeficientul de siguranţă pentru operatiile de tubare si instrumentatie care se accepta egal cu

valoarea 2 conform API Spec9B iar FM ste forta maxima din RA a infasurarii cablului Ea se

determina cu expresia[1]

(372)

in care FM este forta totala care actioneaza asupra ramurilor din cablu z ndash nr de role de la macaraηMminusG - randamentul masinii macara-geamblac la ridicareRandamentul masinii macara-geamblac la ridicare se obtine cu relatia (cf[1])

ηMminusG=β2 ∙Zminus1

2 ∙ Z ∙ β2 ∙Z ∙ ( βminus1 ) (373)

unde β este inversul randamentului unei role

β= 1ηRo

(374)

pentru care se admite valoarea β =104 conform API iar ηRo =096 (API) randament role

59

FM=FM

2sdotzsdotηM minusG

Conform tipului de ansamblu MC ales z =5 Atunci rezultă

ηMminusG =

1 04225minus12sdot5sdot1 042sdot5 (1 04minus1 )

=0 811

Forţa F M se calculează cu expresia (conform [1])

FM =F M +GoTsdot(1+

ac(M )

g )

(375)

unde FM

este sarcina maxima utila la carlig GoT - greutatea moarta la tubare g- acceleratia

gravitationala g= 981 ms2 ac(M )

- acceleratia miscarii carligului are valori cuprinse in domeniul

[0515]∙ ms2

Greutatea moartă la tubare se determină ţinacircnd cont de greutatea elementelor ansamblului

MC a chiolbaşilor (Ch) a elevatorului cu pene (ElP) şi a ramurilor de cablu dintre macara şi

geamblac

GoT =

GMC+G ch+GEl P+GCM

(376)

Deoarece la acest moment nu se cunoaşte tipodimensiunea cablului şi ca urmare masa sa unitară se face aproximaţia

GoT iquestGMC+G ch+GEl P (377)

rezulta

GOT=8446 kN+243kN+20601 kN=1075 kN

Ştiind tipul IF se determină

FM

=200tf= 200∙981 =1962kNSe accepta

ac(M )=1 m s2

si se obtine

FM =1962 kN+107 5 kNsdot(1+ 19 81 )=2080 46 kN

60

Se calculeaza

F =

2080 46 kN2sdot5sdot0 811

=256 531 kN

Se determină sarcina reală minimă de rupere necesară a cablului cu formula

Srmnec gecM middot FM (378)

c M=2 ( conform API) si rezulta

Srmnec =2∙256531kN=513062kN

Se alege un cablu Seale cu o măsură a lui Srm astfel icircncacirct să fie icircndeplinită condiţia următoare

Sr mgtSr m nec

(379)

Ca urmare din [1] tabelul 52 se constată că se poate alege

Cablu Seale 6x19-32-1570 SZ STAS1689-80

caracterizat prin

nT=6 nr toroane

n f=19=1+9+9 nr fire din fiecare torondc=32 mm diametrul nominalRm=1570 MPa rezistenta minima de rupere a sarmelorSr m=531 32 kN sarcina reala minima de rupered0=3 mm diametrul sarmelor centraled1=1 45 mm diametrul sarmelor intermediared2=26 mm diametrul sarmelor exterioarem1 C=3 89 kg m masa unitara

Tipul cablării cruce dreapta (SZ) adică sensul de icircnfăşurare a firelor icircn toron este spre stanga(S) iar sensul de icircnfăşurare a toroanelor icircn cablu este spre dreapta (Z)Sr m=531 32gtSr nec=513 062 kN

Deci conditiaSr mgtSr nec este satisfacuta

Se reia calculul pentru verificare

61

Trebuie sa recalculam FM tinand cont si de greutatea cablului GCM

GCM =2sdotzsdotlr CM(M ) sdotqc (3710)

qc - greutatea unitara a cabluluiqc =m1 Csdotg (3711)

qc =3 89 kg msdot9 81 m s2=38 161 N mlr CM(M ) =(15 m+lp )+sminuslb (3712)

lr CM(M )

=(15 m+27 m)+65 mminus9 m=26 m

in care s=65m ndash spatiu de siguranta lb=9m lungimea unui burlanlp=27m lungimea pasului

GCM=2sdot5sdot26 msdot38 161 N m=9 922 kN

GoT=107 5 kN+9 922kN=117 422kN

Pentru IF F200-2DH vom avea

F =

2091 413 kN2sdot5sdot0 811

=257 88 kN

c M=Sr m

F c M=531 32kN

257 88 kN=2 06gtc=2

Tabelul 375 Parametrii caracteristici ai cablurilor Seale 6 x 19 conform STAS 1689-80

38 Alegerea troliului de foraj

62

FN=200sdot9 81kN+117 442kN (1+ 19 81

)=2091 413kN

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

Cunoscand 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 (122)

Apoi se determina greutatea fiecarui tronson de burlane

GBi=qBi∙lBi i=1 2 ntj (123)

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

GCBj= sumi=1

nt j

G B i (124)

8

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

9

Fig 122Determinarea profiluluistructurii CE de 5 in cu filet L din componenta Sondei 7 cu ajutorul diagramei de tubare a accstui tip de coloana

Tabelul 122 Caracteristicile coloanei de exploatare (CE) de 5rsquorsquo cu filet L

CB3=CE DCE=5 in tip IF-APIL HT3=3500 ρf=1500 kgm3 nT3=7

i 1 2 3 4 5 6 7Li-1 m 0 120 625 1025 1060 1650 2550Li m 120 625 1025 1060 1650 2550 3500

lBI m 120 505 400 35 590 900 950

CBI P110 N80 J55 J55 J55 N80 P110

10

SBi m 752 752 752 643 752 752 752

m1Bi kgm 2234 2234 2234 1936 2234 2234 2234

qBi Nm 219155 219155 219155 189921 219155 219155 219155

GBi kN 26298 110673 87662 6647 85470 19724 208197

GCB3 kN 722187

undentj reprezinta numarul de tronsoane de burlane lBi ndash lungimea fiecarui tronson de burlane

NBi ndash numarul de burlane din fiecare tronson CBi ndash clasa de rezistenta a otelului din care se

confectioneaza burlanele din fiecare tronson sBi ndash grosimea de perete a corpului burlanului din

fiecare tronson m1Bi qBi ndash masagreutatea unitara a burlanelor carecompun fiecare tronson

Fig 122Determinarea profiluluistructurii CB de 858 in cu filet L din componenta Sondei 7

Tabelul 123 Caracteristicile CI de 858 cu filet L

CB2=CI DCI= 858in tip IF-APIL HT =2660 ρf=125tm3 nT2=6

11

i 1 2 3 4 5 6Li-1 m 0 255 580 1040 1560 1955Li m 255 580 1040 1560 1955 2660lBI m 255 325 460 520 395 705CBI N80 J55 J55 J55 N80 N80

SBi m 1016 1016 894 1016 1016 1143m1Bi kgm 5362 5362 4766 5362 5362 5958

qBi Nm 526012 526012 467544 526012 526012 584479GBi kN 134133 170954 215070 273526 207774 412059

GCB3 kN 1413516Greutatea aparentă a CB (GaCB3 equiv GaCE) este greutatea acesteia icircn fluidul de foraj din puţul icircn care se introduce şi se determină cu formula (vezi[1])

Ga CE=GCE ∙(1minus ρ f

ρo) (125)

Rezulta

Ga CE=1413516 kN ∙(1minus125785 )=1188433kN

Se calculează greutatea coloanelor de burlane maximă cu relaţia următoare

GCBM = max (GCI GCE) (126)

GCBM = max (1413516kN 722187kN) = 1413516 kN

13Alegerea sapei pentru forajul putului de exploatare (vezi aplicatia 2)

Conform datelor obtinute in paragrafele 11 si 12 s-au 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 TEE 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 incat 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) asigurand un joc interior minirn (δimCBj-1)

12

Fig 114 Sapă cu role-con cu dantură cu dinţi frezaţi executaţi din corpul rolei

1ndash falcă 2ndash con cu dantură cu dinţi din oţel 3 ndash contracon4 ndash dispozitiv de spălare exterioară cu jet (cu duză)

5 ndash cep cu filet conic 6 ndash umărul cepului (icircmbinării filetate)

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 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 conform codificaţiei specifice

Din tabelul 1 [3] (aplicatia 1) se alege diametrul mufei coloanei de exploatare DMCE

corespunzătoare diametrului nominal al coloanei de exploatare DCE STAS 875 - 86 tab 6 icircn funcţie de tipul filetului

DMCE=1413 mm

Ca urmare se alege o sapă cu trei role pentru roci medii-abrazive (MA) Această sapă trebuie să foreze o gaură care să fie tubată cu o coloană de 5 in = 127 mm Pentru reuşita operaţiei de cimentare se recomandă (conform [11] tabelul 11) un spaţiu inelar cu măsura

δCEr = 15 mm

Se calculează diametrul sapei Ds cu următoarea relaţie

(131)

Conform [1] δCE se poate aprecia cu expresia de forma

δCEcong 012 ∙ DCE

(132)

si se obtine

13

δCEcong 012 ∙ 127 mm=1524 mmcong 15 mm

Se constată că cele două măsuri sunt apropiate Atunci folosind expresia

DS PE=iquestD M CE+2 ∙δCE riquest

(133)

rezulta

DS PE=iquest1413 mm+2 ∙15 mm=1713mmiquest

Dar sapa trebuie să treacă prin interiorul coloanei anterioare de 8⅝Prime (2191 mm) Această

coloană fiind introdusă la adacircncimea de 2660 m rezultă din diagrama de tubare că ultimul său

tronson trebuie să fie alcătuit din burlane cu grosimea maximă de perete de 1143 mm Deci

diametrul interior minim al coloanei intermediare de 8⅝Prime calculat cu relaţia

Di m CI ( I )=iquest D CI( I)minus2 ∙S BM iquest (134)

are măsura

Di m CI ( I )=2191 mmminus2 ∙1143 mm=1962 mm

Folosind tabelul 4 se observă că se poate alege o sapă cu diametrul nominal de 6frac34Prime (1715 mm) cu ajutorul căreia se realizează spaţiul inelar cu măsura recomandată respectiv

δCE=05 ∙ (1715 mmminus1413 mm )=151mm

şi care poate trece prin tronsonul cu diametrul interior minim al CI(I) jocul interior minim

determinat cu relaţia (cf [11])

δ i m CI ( I )=05∙ (Di m CI (I )minusDS PE ) (135)

δ i m CI ( I )=05∙ (1962 mmminus1715 mm )=123 mm

Icircn continuare se alege varianta constructivă de sapă MA- 634 DGJ cu diametrul de 6frac34Prime necesară pentru roci MA Adică o sapă cu dinţi din oţel avacircnd contraconul icircntărit şi prin ştifturi din carburi metalice sinterizate (D) cu lagăre cu alunecare etanşe (G) şi cu spălare exterioară cu fluid de foraj (cu jet) (J)

14

14 Alegerea 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 adancime (AnAd) al GarF

Exista doua variante de executie a PG(vezi [3]aplicatia 4)

1 forjate cu tratament termic de imbunatatire pe toata lungimea2 laminate (din tevi cu pereti grosi) cu tratament termic de normalizare si о imbunatatire

la capetePG se realizeaza in urmatoarele forme constructive

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

Fig 141Prajini grele circulare (PGC)

Tabelul 143 Alegerea diametrului nominal al PG (DPG) icircn funcţie de diametrul sapei

(DS)

Ds mm

1365divide1411

1492divide1615

1615divide1715

2127divide2286

2444divide2508

2695 295 3112 3492 ge3747

DPG mm

114(108)

121divide139

(114divide

133divide146

(121divide

187(159)

203(178)

229(203)

245(219)

245(229)

254(229)

273(254)

15

121) 133)

Alegerea PG inseamna determinarea masurilor urmatoarelor marimi

1 diametrul nominal (DPG)2 diametrul interior (DPGi)3 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 avand 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 cat mai mare a diametrului nominal

2 asigurarea unui spatiu inelar (SI) intre peretele putului si PG cu omasura cat mai mare

pentru ca pierderea de presiune (ΔpSIPG) rezultata la curgerea fiuidului de foraj sa fie cat

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 implicand o masura cat mai mica a diametrului nominal

Pe baza unor cercetari experimentale (cf [2]) efectuate in conditii de santier privind viteza medie

de avansare a sapei (vAv) si timpul de prindere in teren a GarF pentru fiecare sonda (tPrSd) in

functie de raportul D2PG D2

S s-a constatat ca exista un domeniu optim de valori pentru acest

raport

D2PG D2

S =[06 07]

Fig 142Viteza 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 foraj

16

Icircn funcţie de valoarea raportului DPGDS se clasifică (cf [6]) PG şi tipurile de formaţiuni icircn care

se recomandă să se foreze (vezi tabelul 142)

Tabelul 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

Pentru alegerea PGC se recomanda relatia empirica[6]

DPG=DS-25 (142)Pentru forajul putului de exploatare al Sondei 7 se considera ca nu exista pericol de

prindere in formatiunea geologica traversata prin foraj pana la adancimea finala

Avand in vedere tipul de formatiune precizat mai sus conform tabelului 2 se alege PG

supradimensionata cu DPG DS= 089

DPG= 1715mm ndash 25mm =1465mm

Din tabelul 143 conform [6] se alege DPG= 146mm Din tabelul 1 (vezi aplicatia 4) se

alege măsura standardizată a diametrului nominal cea mai apropiată de măsurile rezultate anterior

adică DPG = 1524 mm pentru care exista DPGi isin572 715]mm cu m1PGisin 1234 1115 kgm

Rezultă DPGDS = 08886 089cong

ceea ce este icircn acord cu tipul de PG supradimensionată recomandată pentru formaţiunile

fără pericol de prindere

Se calculeaza greutatea unitara

qPG=m1PG ∙ g (143)

unde

DPGi este diametrul interior prajini grele

- pentru DPGi= 572 mm

q=1234kgm

∙ 981ms=1210554

Nm

=1211kN m

unde g este acceleratia de cadere libera g=981 ms2

- pentru DPGi= 715 mm

q=1115kgm

∙ 981m

s2=1093815

Nm

=1094 kN m

17

Se calculeaza coeficientul pierderii de presiune din interiorul PG cu formula

α PGi=

8π 2

sdotλPG i

DPG i5

in care

(144)

λPGi reprezinta coeficientul de rezistenta hidraulica liniara si are o valoare constanta si anume (conform [1])

λPGi=002

- pentru DPGi= 572 mm

α PGi=

8π 2

sdot 0 02

(5 72sdot10minus2 )5 m5= 8

π2sdot2sdot10minus2sdot1010

5 725 m5= 8

π2sdot20000sdot104

5 725 m5=26475sdot104 mminus5

- pentru DPGi= 715 mm

α PGi=

8π 2

sdot 0 02

(7 15sdot10minus2)5 m5= 8

π2sdot2sdot10minus2sdot1010

7 155 m5= 8

π 2sdot20000sdot104

7 155 m5=0 8675sdot104 mminus5

Daca se alege masura mai mica a diametrului interior atunci lungimea AnAd va fi mai mica

dar fara sa se evite fenomenul de flambaj deoarece aceasta lungime este mai mare decat 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 alege PG cuDPG= 6 in= 1524 mm DPgi = 2 1316 in= 715 mm IFU de tipulNC 44 m1PG = 1115 kgm

Mir=244kNm (momentul de insurubare recomandat) i=W M

( lC)

W C(1905 )=284

Se observa ca i=284gtiopt= 25 ceea ce inseamna ca imbinarea filetata cu umar a PG asigura o rezistenta mare la oboseala in sectiunile sale critice (Vezi [1])

14Verificarea la flambaj a ansamblului de prajini grele

141 Determinarea lungimii ansamblului de adancime

Pe baza datelor obtinute anterior se calculeaza lungimea ansamblului de PG (LAnAd) cu formula (vezi [1])

18

LAn Ad=FS

c L ∙qPG ∙(1minusρf

ρo)∙ (cosθminusμa sinθ)

(151)undeFS este forta de apasare pe sapa ρ f -densitatea fluidului de foraj(150tm3) ρ odensitatea otelului(785tm3) LAnPG este lungimea ansamblului de prăjini grele in m

qPG ndash greutatea unitara a PG CL ndash coeficientul lungime Fs ndash forta de apasare pe sapa Ө - unghiul mediu de deviere al sondei fata de vertical g ndash acceleraţia gravitaţională in ms Densitatea fluidului de foraj se poate aprecia cu expresia empirică(cf [8])

ρ f=125+025∙ ln (H ∙10minus3) (152)

ρ f=[125+025∙ ln (35 ∙ 103 ∙10minus3 ) ] t

m3=1563 t m3

Din conditiile tehnologice se alege ρf =15 tm3 (vezi Ap 1)Se calculeaza greutatea unitara a PG

qPG=m1 PGsdotg (153)

qPG=1115kgm

∙981m

s2=109382

Nmcong 1094

kNm

Se calculează forţa de apăsare pe sapă (cf [8])

FS=(03+7 5sdot10minus5sdotH )sdotDS

(154)

FS=(03+75 ∙ 10minus5 ∙35 ∙103)∙ 1715 kN= 9647 kN

Se calculeaza lungimea ansamblului de PG cu expresia (151)

LAn PG=9647 kN

0 85sdot1 094 kN msdot(1minus 157 85 )sdot(cos 30minus03sdotsin 30)

=130 475 m

Өiquest30

Se determina numarul de PG cu relatia

nPG=L An PG

lPG (155)

Unde lPG reprezinta lungimea unei prajini grele Daca se admite pentru lPG

19

masura normala care este egala cu 9m atunci se obtine

nPG=130 475m9 m

=14 49≃15

Se alege nPG=15 si se recalculeaza LAnPG

LAn PG=15sdot9m=135 mSe recalculeaza coeficientul de lungime al AnPG

c L=96 47 kN

135 msdot1 094kNm

sdot(1minus 157 85 )sdot(cos 30minus03sdotsin 30)

=0 821

si se constata ca valoarea lui se gaseste in domeniul recomandat adica [070 085]

142 Verificarea la flambaj a AnPG (vezi [3] aplicatia5)

Lungimea supusa la compresiune a AnPG este c LsdotLAn PG=0 821sdot135=110 835 m (156)

Se calculeaza lungimea critica de flambaj a AnPG(vezi [1])

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 PGExpresia de sub radical adică

(158)

se numeşte (conform lui N Pacircrvulescu) volum de rigiditate la gravitatie deoarece are dimensiunea unui volum si exprima un caracter de rigiditate al PG

Momentul geometric axial se calculeaza cu formula

I PG= π64

sdot( DPG4 minusDPG i

4 ) (159)

I PG= π64

sdot(15 244minus7 154) cm4=2520 375 cm4≃2 5203sdot10minus5 m4

20

Greutatea unitara aparenta a PG se determina cu formula

qa PG=qPGsdot(1minusρf

ρo) (1510)

Se obtine

qa PG=1 094kNm

sdot(1minus 157 85 )=0 885

kNm

Măsura volumului de rigiditate la gravitaţie al PG este

V PG=21∙ 1011 N

m2∙ 2520375 ∙10minus5 m4

0885∙ 103 Nm

=5981∙ 103 m3

Rezultă imediat măsura lungimii critice de flambaj a AnPG

LAn PG cr=17∙3radic5981∙103 m3=3085 mcong 31 m

Comparand aceasta masura a lungimii critice de flambaj a AnPG cu aceea a lungimii

portiunii din AnPG supuse la compresiune se constata

c LsdotLAn PG=110 835 mgtLAn PG cr=31 m

Ceea ce inseamna ca AnPG flambeaza sub actiunea fortei de apasare pe sapa Avand 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 corector-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 prajinile grele al doilea

al treilea si respectiv al patrulea stabilizator (vezi cap 1fig124 f)

21

Fig 143 Alcătuirea ansamblului de adacircncime al garniturii de foraj

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

Alegerea prajinilor de foraj (vezi Apl 6)Prăjinile de foraj (PF) sunt fabricate din ţevi de oţel laminate la cald icircngroşate la capete Se execută următoarele tipuri de PF [6] ndash PF cu racorduri speciale sudate (prin presiune de contact) (PFRSS) ndash PF cu racorduri speciale filetate (PFRSF)

PFRSS se realizează icircn conformitate cu STAS 80371-80 (bdquoPrăjini de foraj pentru racorduri sudate Clasele de rezistenţă D E şi G-105 Dimensiunirdquo) şi conform normei API 5A ndash pentru PF din clasele de rezistenţă D şi E ndash şi normei API 5AX ndash pentru PF din clasele de rezistenţă X-95 G-105 şi S-135 După forma icircngroşării capetelor PFRSS se execută icircn trei variante (vezi fig 161)

ndash PF cu capete icircngroşate la interior (II) (sau IU ndash Internal Upset conform API) ndash PF cu capete icircngroşate la exterior (IE) (sau EU ndash External Upset conform API) ndash PF cu capete icircngroşate la exterior şi la interior (IEI) (sau IEU ndash Internal- External Upset conform API)

22

Fig 161 Prăjini de foraj cu racorduri speciale sudate (PFRSS) [1] a ndash varianta II (cu capetele icircngroşate la interior) respectiv IU (Internal Upset) conform API b ndash varianta IE (cu capetele icircngroşate la exterior) respectiv EU (External Upset) conform API c ndash varianta IEI (cu capetele icircngroşate la exterior şi la interior) respectiv IEU (Internal-External Upset) conform API

Alte tipuri de PF sunt ndash PF cu perete gros ( Thick Wall Drill-Pipe icircn lb en) ndash PF cu grosimea de perete variabilă ndash PF cu racorduri speciale sudate cu canale elicoidale şi cu perete gros

Racordurile speciale pentru sudare (RSS) de la PF cu II IE şi IEI au tipodimensiunile şi

condiţiile tehnice reglementate icircn STAS 75701-80 (bdquoRacorduri speciale pentru sudare prin contact

la prăjini de foraj din clasele de rezistenţă D şi Erdquo) icircn norma API Spec 7 şi de asemenea icircn

normele interne ale firmelor constructoare RSS se execută icircn două variante constructive (fig

162)

ndash varianta A RSS cu scaun conic

ndash varianta B RSS cu scaun drept

23

Fig 162 Racorduri speciale pentru sudare (RSS) la prăjini de foraj [2] varianta A (cu scaun conic) varianta B (cu scaun drept)

Normele API Spec 7 prevăd RS şi pentru PF confecţionate din oţeluri din clasele de rezistenţă

superioare X-95 G-105 şi S-135

RSS sunt prevăzute cu icircmbinări filetate cu umăr (IcircFU) standardizate icircn STAS 8351-80

Alegerea prăjinilor de foraj

A alege prăjinile de foraj (PF) icircnseamnă a stabili ndash tipul PF

ndash diametrul nominal (DPF) şi grosimea de perete (sPF)

ndash clasa (gradul) de rezistenţă ndash clasa de uzură

ndash intervalul de măsuri ale lungimii

Criteriile pe baza cărora se face alegerea PF sunt următoarele

1) rezistenţă maximă la solicitările statice şi variabile care se asigură prin alegerea

corespunzătoare a tipului de PF a clasei de rezistenţă şi a celei de uzură a PF a intervalului de

măsuri ale lungimii PF şi a unei măsuri a grosimii de perete cacirct mai mari

2) rezistenţă maximă la acţiunea mediului coroziv care impune alegerea corespunzătoare a oţelului

şi dacă este cazul alegerea PF cu acoperiri speciale anticorozive şi de asemenea a unei măsuri a

grosimii de perete cacirct mai mari

3) energie minimă consumată icircn timpul forajului care icircnseamnă

a) energie mecanică de rotaţie minimă care se asigură prin alegerea unor măsuri ale

diametrului nominal şi grosimii de perete cacirct mai mici 24

b) energie hidraulică minimă (consumată prin circulaţia fluidului de foraj)ceea ce

presupune o pierdere de presiune minimă la curgerea fluidului de foraj prin interiorul PF care

determină alegerea unei măsuri cacirct mai mici a grosimii de perete

4) energie minimă consumată icircn timpul manevrei GarF ceea ce presupune alegerea PF cu măsura

minimă a masei unitare

Diametrul nominal al PF reprezinta diametrul exterior al corpului PF DPF=DPFe (161)

Diametrul nominal al PF se determina in functie de Dsmasurile orientative fiind date in tabelul de mai jos

Ds mm 150170 150200 175225 200250 225300 gt250DPF mm(in) 889(3 frac12) 1016(4) 1143(4 frac12) 127(5) 1397(5 frac12) 1683(658)

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

Pentru diametrul sapei de foraj determinat icircn subcapitolul anterior Ds= 1715 mm = 634rdquo se alege diametrul nominal al prăjinii de foraj DPF =4 frac12rdquo = 1143 mm

Din STAS 8037 ndash 88 (vezi aplicatia 5 tabelul 1) se alege diametrul nominal standardizat 412rdquo E 75 cu urmatoarele caracteristici

- masa cu racorduri m1PF= 33 Kgm

- grosimea peretelui s= 1092 mm

- diametrul interior DPfi= 9246=925 mm

- aria prăjinii de foraj A= 3547 mm2

- modulul de rezistentă WP= 10583 cm3

- tipul icircngroşării EU

- gradul de rezistenta E 75

- presiunea exterioara limita pel= 894 bar= 894MPa

- presiunea interioara limita pil= 865 bar =865MPa

- forţa de tracţiune limita FtcL= 1834 kN

- momentul de torsiune limita MtLPF= 5003 kNm

- tipodimensiunea IFU a RSS NC46 (4IF)

Solicitari care duc la limita de curgere a RSS

- momentul de insurubare limita dpdv al curgerii materialului RSS

25

M i RS L=53 69 kNm

FtRSL = 4 664 kN (forţa de tracţiune limită dpdv al curgerii materialului RSS)

- momentul de insurubare recomandatM i r=27 3 kNm

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)

Se obtine

APF=π4sdot(114 32 mmminus92 462 mm)=3547 mm2

Se determina modulul de rezistenta polar al sectiunii transversale a corpului PF cu formula

W p=I p

DPF

2

(162)

unde I p este momentul geometric polar al sectiunii transversale a corpului PF

I p=π32

∙( DPF4 minusDPFi

4 )= π32

∙ DPF4 ∙[1minus( DPFi

DPF)

4] (163)

I p=π

32sdot114 34 mmsdot[1minus(925 mm

114 3 mm )4 ]=9569240 653 mm4=956 924 mm3

deci

W p=π

16sdotDPF

3 sdot[1minus( DPF i

DPF)

4]

(164)

Rezulta

W p=π

16sdot114 33sdot[1minus(92 5

114 3 )4]=167658 175 mm3

Calculul tensiunii de tractiune

σ tcl=F tcl

APF

(165)

26

σ tcl=1834 kN

3547 mm2 =1834 ∙ 103 N3547 mm2 =517056 ∙106 Pa

Aceasta tensiune arata limita de curgere minima conform tabelului cu caracteristicile

mecanice ale prajinilor de foraj pentru clasa de rezistenta E75 (vezi aplicatia 6) Limita de curgere

trebuie sa se situeze in intervalul 517hellip724 In cazul nostrum limita este 517 MPa care se

incadreaza intre valorile recomandate

-calculul tensiunii tangentiale τ=G∙θ ∙ r (166)

θ=M t

G ∙ I p

(16 7)

Unde G este modulul de elasticitate transversal al materialului din care se confectioneaza PFPentru otel G= 81010 Paθ- torsiunea specificar- raza punctului considerat din sectiunea transversala a corpului PF

θ= 5003∙ 103 Nm8 ∙ 1010 N m2 ∙ 0956∙ 10minus5m4 =653 ∙ 10minus2 1

m

τ=8 ∙1010 N

m2∙ 653 ∙ 10minus2 mminus1∙ 5785∙ 10minus2m=29855106

N

m2

Aceasta tensiune reprezinta tensiunea tangentiala de curgere

Lungimea ansamblului superior utilizat pentru forajul putului de exploatare se determina cu

expresia

LAn S=H MminusLAn PG (168) LAn S=3500 mminus162 m=3338 m

Se calculeaza numarul de PF

nPF=

LAn S

lPF (169)Considerand ca lungimea unei prajini este cea normala adica 9m se obtine

nPF=3338

9=37088

Se alege nPF=371 si se recalculeaza lungimea AnS

LAnS=371∙9m=3339 m

27

17Alegerea 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

garnitura stanga) [1]

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 masa rotativă 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 (658 REG) in timpul forajului după tubarea unei coloane de burlane prăjina

de antrenare trebuie uneori schimbată ndash diametrul cepului 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 de lucru 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 [1]

28

Fig 171 Prăjina de antrenare forjată a ndash pătrată b ndash hexagonală

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

Alegerea 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-cep

Se prefera alegerea unei prajini de antrenare forjate deoarece nu necesita reductii de legatura

proprii asa cum este cazul prajinii laminate

29

Fig172 Reducţii de legătură icircntre prăjina de antrenare (PA) şi racordul special (RS) denumite RLRS a ndash

reducţie dreaptă (pentru icircmbinări filetate cu aceleaşi dimensiuni) b ndash reducţie icircn trepte (pentru icircmbinări filetate cu

dimensiuni diferite)

Se alege o prajina de antrenare forjata patrata avand elementul de imbinare superioara de

tipul mufa cu filet stanga de tipul 658 REG pentru asamblarea cu reductie cap hidraulic(RLCH)

Pentru ansamblul superior al garniturii de foraj s-a stabilit ca se iau prajini de foraj de 4 12 in cu

racorduri speciale sudare(RSS) cu IEI si tipodimensiunea IFU NC 46

Ca urmare conform tabelului 1 aplicatia 7 se alege prajina de antrenare in varianta

constructiva 1(standard) cu dimensiunea nominala de 4 frac14 in Se foloseste o RLPA dreapta de

tipul mufa(NC46)-cep(NC46) ca in figura 172 a

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 infDPA

mm(in)DPAi mm

a mm

lPA m

mPAkg

1cep

6 58 REGmufăNC46

mufă6 58

REG

cepNC46

A (dreapta) NC46-NC46

108(4 14)

714 108 12192 800

30

18 Alegerea tipului de instalatie de foraj

Instalaţia de foraj reprezintă totalitatea maşinilor utilajelor si instalaţiilor necesare săpării unei sonde

Studiul pe sisteme al instalaţiilor de foraj corespunde principalelor operaţii care se efectuează

pentru forarea unei sonde precum si principalelor grupe de maşini si utilaje care intra in

componenta acestor instalaţii

Sistemele de lucru ale unei instalaţii de foraj sunt

1 Sistemul de manevra mdash SM- cu ajutorul căruia se realizează ridicarea si coboracircrea

sarcinilor

2 Sistemul de circulaţie - SC - care asigura circulaţia fluidului de foraj

3 Sistemul de rotire - SR - care realizează rotirea garniturii de prăjini in timpul forajului

In cazul instalaţiilor de foraj transportabile apare si sistemul de transport

Pentru asigurarea condiţiilor de funcţionare a sistemelor de lucru instalaţia de foraj mai

cuprinde sistemul de comenzi instalaţia de preparare si curăţare a fluidului de foraj dispozitive

de mecanizare si automatizare ansamblul de scule materialul tubular [1]

Alegerea instalaţiei de foraj se face pe baza sarcinii maxime utile (sarcinii maxime de lucru) FM (V APLICATIA 9)

In aplicatiile anterioare s-au determinat greutatile fiecarei coloane de burlane si anume

GCI(I)= 1413516 kN GCE= 722187kN

Rezulta ca cea mai grea CB GCBM=max GCI(I) GCE=1413516 kN

S-au ales pentru forajul putului de exploatare prajini grele cu DPG=6 in=1524 mm

DPGi=2 1316 in= 715 mm m1PG = 1115 kgm qPG=1094kNm LAnPG=135 m

Se determina greutatea AnPG

GAn PG=qPGsdotL An PG

(181)

si se obtine

GAnPG=1094kNm135m=14769kN

Greutatea unitara a PFse calculeaza folosind formula

qPF=m1 PFsdotg (182)

qPF=33kgm

sdot9 81m

s2=323 73

Nm

31

Greutatea AnS va fi

GAn S=qPFsdotLAn S (183)

GAn S=323 73Nm

sdot3 339sdot103 m=1080 934kN

Greutatea GarF se obtine insumand greutatea AnPG si greutatea AnS

GGar F=GAn PG+GAn S (184)

Se obtine

GGar F=147 69 kN+1080 934 kN=1228 624 kN

Se considera ca cea mai grea GarF este garnitura utilizata pentru forajul putului de exploatare

GGar F M=1228 624 kN

Alegerea IF se face pe baza sarcinii nominale de la carlig si a tipului de actionare

FM =max FM T FM D (185)

Sarcina maxima utila de tubare se calculeaza cu formula[1]

FM T

=GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+(1+kmf( M ) )sdot

ac

( M )

g ] (186)

in care

k r(M )estecoeficientul fortei de frecare la ridicarea coloanei de burlane intre peretele putului si

fluidul de foraj k mf(M )minusiquestcoeficientul de masa al fluidului de foraj din interiorul coloanei aderent la

coloana ac(M )- acceleratia miscarii carligului in cazul ridicarii sarcinii normale

kDij- coeficientul diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

ρ0 ndashdensitatea otelului din care sunt confectionate burlanele

ρf -densitatea fluidului de foraj

Coloana fiind considerată plină cu fluid de foraj cu aceeaşi măsură a densităţii ca şi aceea

din interiorul puţului forat coeficientul k mf(M ) se determină cu formula [1]

k m f=ρf

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1] (187)

unde DCB este diametrul nominal al CB GCBM ndash greutatea celei mai grele coloane de burlane Sfa- grosimea startului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al coloanei de burlane

32

LCB ndash lungimea CB lj ndash lungimea tronsonului de ordinul j kDij ndash coef diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

K Dij=Dibj

DCB

(188)

Pentru CI(I) de 858in vom avea

DCI(I)=858in= 2191 mmntCI(I)=6

sB jisin 10 16 10 16 8 94 10 16 10 16 11 43 mmDi B jisin 198 8 198 8 2012 198 8198 8 196 8 mm

k Di jisin 0 907 0 907 0 918 0 907 0 907 0 898 l jisin 255 325 460 520 395 705 m

LCI(I)=HCI(I)=2660m

=125tm3

sf a=0 653 mm grosimea stratului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al CB

iquestsumj=1

6

(1minusk Di j2 )sdotl j=

(1-09072)sdot255+(1minus09072 )sdot325+(1-09182 )sdot460+ (1minus09072 )sdot52 0++ (1-09072)sdot39 5+(1minus0 8982)sdot705=473 972 m

Se admite

k r(M )=02

si ac

(lt M )=1 ms2 Se obţine

Sarcina maxima utila la tubare

FM T =1413 516 kN sdot[(1minus1 25 t m3

7 85 t m3 )sdot(1+02 )+ (1+0 745 )sdot 19 81 ]=1677 556 kN

Sarcina maxima utila de degajare a celei mai grele garnituri de foraj se determina cu relatia[1]

FM D =GGar F Msdot(1minus ρ f

ρo)+FD M

FD M este forta de degajare maxima FD M =300kN

33

k m f(M )=

ρ f

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

5

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1]=

Măsura lui FDM se apreciază icircn funcţie de măsura lui HM conform tabelului 1 aplicatia 9

FM D =1228 624 kNsdot(1minus1 25 t m3

7 85 t m3)+300 kN=1332 983

kN

Conform rezultatelor de mai sus se obtineFM

=max 1677 556 1332983 kN=1677 556 kN 9 81≃171 0047 tf

Ca urmare se poate alege o IF transportabilă pe cale terestră pe subansamble (SAn) din clasa F 200 (vezi [1])

Tipul acţionării se alege icircn funcţie de posibilitatea de alimentare cu energie electrică a IF icircn

zona de amplasare de instalaţiile aflate icircn dotarea firmei de foraj şi de costul comparativ al

combustibilului şi al energiei electrice din perioada cacircnd o să lucreze instalaţia icircn situaţia icircn care

firma dispune de instalaţii cu acţionări neautonome sau autonome

Se admite că situaţia din zona de amplasament a IF impune o acţionare de tipul DH Avacircnd

icircn vedere acest lucru rezultă că se poate alege o IF de tipul

F-200-2DH (T(SAn))

19 Concluzii

Pe baza datelor luate din materialul didactic si standardele nationale cat si internationale s-a

facut un calcul teoretic de alegere al instalatiei de foraj Luand in consideratie ca mediul real poate

aduce un aport negativ asupra calculelor teoretice in rezultatele prezentate mai sus s-au luat niste

coeficienti de siguranta care sa acopere riscurile posibile totodata s-a constatat ca desi pentru

Sonda 7 Pacurari este necesara o instalatie mai mica decat cea aleasa am fost nevoit sa aleg anume

F200-2DH deoarece conditiile tehnico-economice presupun utilizarea tipului utilajului folosit deja

in industria petroliera si standardizat conform normelor STAS si API

2 PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

21 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

34

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

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 arborele 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 [1]

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 MBM 820 cu supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului DH de tipul GF-820+CHC-750-2 sunt

prezentate icircn fig 21 Se analizează dependenţele funcţionale reprezentate de aceste curbe (vezi

aplicatia 13)

35

Fig 2 1 Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului de acţionare de tipul DHformat din GF 820 şi CHC-750-2 pentru reglarea motorului diesel la sarcină plină

şi funcţionarea lui cu gradul maxim de accelerare (la care puterea maximă amotorului este puterea nominală Pn) şi funcţionarea lui cu gradul maxim deaccelerare MI MII ndash momentul dezvoltat la arborele primar (I) respectiv laarborele secundar (II) al CHC ωI ωII ndash viteza unghiulară PI PII ndash puterea

ηCHC ndash randamentul CHC

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (210)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (211)

Tabel 311 Parametrii functionali ai grupului de actionare GF-820 + CHC-750-2

36

Fig 211 Curba caracteristica exterioara a CHC este o caracteristica flexibila cresterea momentului rezistent este

preluata de CHC prin reducerea importanta a vitezei unghiulare a arborelui secundar

Din aceste grafice se deduce ca pentru ηm= 07 DEF al CHC-750-2 reprezentat prin ηCH ϵ

[0700 0847] nII ϵ [275 950] rotmin MII ϵ [14730 4000] kNm

Din datele obinute rezulta avantajele utilizarii CHC in cadrul GA de tipul DH

1 CHC lucreaza ca un variator continuu de viteza adica ωII se modifica automat si continuu odata cu variatia momentului rezistent aplicat arborelui secundar astfel se spune ca CHC isi regleaza regimul de functionare deci CHC permite o autoadaptare a GA la sarcina

2 Utilizarea CHC simplifica lantul cinematic al IF37

3 CHC protejeaza motorul Diesel impotriva suprasarcinilor si a socurilor transmise de la antorul sistemului de lucruinclusive in situatia blocarii secundarului

Fig 212 Curbele caracteristice pentru sarcina plina ale motorului MBM-820 si curba puterii in functie de sarcina plina a aceluiasi motor

22 Alegerea modului de acţionare

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

38

Instalaţiie 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[1]

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

39

Fig 221 Schema structural-functionala a unei instalatii de foraj cu mod de actionare centralizatin varianta MAC2 cu

actionare DH

S-a ales varianta MAC2 in care PN este actionata separat formand impreuna cu GA si transmisiile mecanice respective un grup motopompa (GMP) dupa cum TA este DH vezi 1[1])

23 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

1 pompe centrifuge pentru hidrocicloane2 site vibratoare 3 agitatoare4 pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de foraj5 pompe centrifuge pentru apa6 pompe centrifuge pentru chimicale7 pompe pentru reziduuri8 pompe pentru combustibil9 comanda hidraulica a prevenitoarelor10 instalaţie pentru uscarea aerului11 agregate pentru icircncălzire12 maşini-unelte13 agregat pentru sudura

40

14 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

Tabel 231 Consumatorii auxiliari de forta utilizati in cadrul IF de tipul F200-2DH si puterea lor

NrCrt

Denumirea consumatorilor Puterea motorului

kW

NrmotoarePuterea totala

kW

A Instalatia de foraj propriu-zisa

1 Site virbatoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 10 75

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa racire troliu 75 1 75

5 Pompa apa racire frina hidraulica 75 1 75

6 Pompe instalatie amestec chimicale 3 2 6

7 Pompe combustibil 3 2 6

8 Pompe ulei 15 1 15

9 Pompe de preparare a fluidului de foraj 75 2 150

10 Pompa baterie denisipare 55 1 55

11 Pompa baterie desmiluire 50 1 50

12 Instalatie degazeificare 5 1 5

13 Degazeificator 30 1 30

14 Instalatie de preparare centrifuga 20 3 60

15 Instalatie transport material pulverulent 4 1 4

16 Dispozitiv salvare garnitura 20 1 20

17 Dispozitiv strins-slabit 11 1 11

18 Dispozitiv manevra prajini grele 75 1 75

19 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

20 Pod tubaj reglabil 75 1 75

21 Instalatie comanda prevenitoare 11 1 11

41

22 Instalatie de uscare aer 15 1 15

23 Instalatie iluminat normal 18 1 18

24 Instalatie iluminat siguranta 08 1 08

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

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

PCsAF = 5928 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

24 Calculul puterii instalate

Puterea instalata a IF (Prsquo) reprezinta puterea motoarelor utilizate pentru actionarea

antoarelor principale a celor auxiliare si pentru actionarea celorlalte utilaje si instalatii folosite

pentru executarea diverselor operatii auxiliare

Prsquo = P + PCsAF (241)

P = n Pn (242)

Pn-Puterea nominala a motorului MB820 Pn= 655 kW

n-numarul de motoare folosite

P = (2+2) ∙ PnP = (2 + 2) 655kW = 2620 kW

Prsquo= 2620 kW + 5928 kW = 32128 kW

25 ConcluziiIn capitolul 2 s-au ales grupurile de actionare Alegerea s-a facut pe baza analizei

parametrilor motoarelor si caracteristicile acestora s-a evidentiat modul de utilizare al acestor

grupuri de actionare astfel incat sa fie satisfacute conditiile de tehnologicitate si economicitate

Acest lucru s-a facut pentru a obtine niste parametri de lucru cat se poate eficienti si economici

deoarece in cazul neindeplinirii uneia din conditii se pot intampla atat stagnari ale procesului

normal de foraj (uneori poate chiar si cu consecinte catastrofale) cat si pierderi financiare mari

42

3 ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ SI PREZENTAREA PARAMETRILOR SI CARACTERISTICILOR LOR

31Alegerea capului hidraulic

Fig31 Secţiune prin CH (reprezentare schematică (a) şi reprezentare constructivă (b))1 ndash corp (oală) 2 ndash bolţ 3 ndash toartă (biglu) 4 10 ndash rulment cu role cilindrice (de ghidare) 5 11 ndash garnituri de

etanşare 6 ndash rulment axial principal cu role conice 7 ndash fus 8 ndash reducţie 9 ndash rulment axial secundar cu bile 12 ndash felinar (capac) 13 ndash lulea 14 ndash piuliţă inferioară 15 ndash ţeavă de spălare 16 ndash cutie de etanşare 17 ndash etanşarea icircntre

partea superioară a ţevii de spălare şi lulea 18 ndash piuliţă superioară 19 ndash şuruburi de fixare

Capul hidraulic [1] (CH) este un utilaj care face parte din ansamblul de antrenare a GarF

El reprezinta nodul de legatura intre cele trei echipamente principale (EqPr) ale IF echipamentul

de circulatie (EqC) echipamentul de rotatie (EqR) si de manevra (EqM)

CH este suspendat in ciocul cirligului triplex cu ajutorul toartei sale La randul sau CH sustine

garnitura de foraj prin intermediul reductiei de legatura si al prajinii de antrenare De luleaua CH

se monteaza furtunul de noroi

43

Ca urmare functiunile CH sunt

1 Sustinerea GarF in timpul forajului

2 Permiterea rotatiei GarF

3 Conducerea fluidului de forajsub presiunede la FN la PA prin lulea teava de spalare

fus si RLCHin cazul circulatiei directe

Marimile fizice principale ale CH1 marimile functionale

- sarcina de lucru maxima

- turatia maxima a fusului

- presiunea maxima a fluidului de foraj

2 marimile dimensional-constructive

- diametrul interior al tevii de spalare

- tipo-dimensiulnile de legatura

3 marimile de anduranta

- sarcina limitacapacitatea in functie de rulmentul principal

- durabilitatea rulmentului principal

- durabilitatea etansarii tevii de spalare

Fig 31 Capul hidraulic (CH) montat icircn ciocul cacircrligului icircn timpul forajului

Alegerea capului hidraulic se face pe baza sarcinii maxime de lucru (FCH M

) si trebuie sa echipeze instalatia de foraj F200-2DH [1]

44

FCH M

geF M

(31)

FM =200 tf

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

(32)

Capetele hidraulice construite icircn Romacircnia sunt tipizate conform SR 5736 [66] care este

elaborat icircn concordanţă cu API Spec 8A [67] şi API Spec 8C [68]

Din tab 62 Cap 6 6 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH ndash 320 (ndash40degC) SR 5736

necesar instalaţiei de foraj alese F200

CHndash320 (ndash40degC) SR 5736 este un cap hidraulic echipat cu rulment axial-oscilant cu role

butoi cu sarcina maximă de lucru de 320tf care lucrează icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash

40degC

Conform SR 5736 acest tip de CH se caracterizează şi prin

Sarcina limită sau capacitatea maximă icircn funcţie de rulmentul principal FRLCH=147tf

pM = 35MPa nM = 300 rotmin di = 762 mm LP 4 (filetul de legătură al lulelei cu FF) 6⅝

REG LH (filetul de legătură cu RLCH)

32Alegerea ansamblului macara carlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 32 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]

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia [1]

FMC ge FCM (321)

Din tab32 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32-1250 MC -300 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii

45

Tabel 31 Caracteristicile Ansamblului Macara-Carlig

Tabelul 32 Tipurile de macarale-cacircrlig construite icircn Romacircnia şi caracteristicile lor (cf [69])

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (32)

GMC =8610t middot 981 ms2 = 84464 kN

46

UnMas F200Denumire 5-32MC-300

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300

Nr Roti manevra - 5

Diam cablului mm 32

Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140

Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in f-ie de rulmenti US tonf 347

Masa t 8610

Fig 32 Construcţia ansamblului-cacircrlig mono-bloc 1 ndash cacircrlig triplex 2 ndash bolţ 3 ndash pahar şi rulment axial 4 ndash tijă 5ndash piston 6 ndash arcuri de destindere 7 ndash piesă de legătură icircntre ansamblul cacircrligului şi macara 8 ndash axul macaralei 9 ndash role 10 ndash rulmenţii macaralei 11 ndash plăci laterale

33Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul de foraj reprezinta partea fixa a masinii macara-geamblac Se monteaza in

grupul mastului pe grinzi numite coroana geamblacului Este format dintr-un ax pe care se

monteaza un anumit numar de role (z+1) prin intermediul unor rulmenti Fiecare rola se misca

independent de celelalte (z-numarul de role de la macara) [1]

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

-geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţie romacircnească Avantajul acestui tip

constructiv este acela că este o construcţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

- 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

47

c geamblacul de foraj din două blocuri

- geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se pot roti şi interschimba asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

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

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

a geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

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

b geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

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 ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia [1]

Fig 331 Geamblac cu o roata separata

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 332

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

Alegerea geamblacului de foraj se face in functie de sarcina de lucru maxima de diametrul cablului utilizat de tipul cablului de manevra de tipul macaralei respectiv de tipul ansamblului macara-carlig

48

Pentru instalatia F200-2DH se alege unul din geamblacurile tipizate care sa indeplineasca cerintele impuse

Fig 33 2Geamblac monobloc 1 ndash suport (prin care GF se montează prin şuruburi de coroană ramă) 2ndash ax 3 ndash rolă roată 4 ndash rulment radial-axial cu role conice pe două racircnduri 5 ndash disc distanţier 6 ndash bucşă distanţieră 7 ndash ungător cu bilă (folosit pentru ungerea consistentă a rulmenţilor) (canalele de ungere sunt practicate icircn plan orizontal) 8 ndash placă de presare 9 ndash apărătoare

Pentru instalatia de foraj F 200 se va folosi un geamblac A 6 -32-1250GF-300 (-400C)(vezi [1] cap 54 tab56)adica geamblac de foraj cu 6 roţi role pe ax cu diametrul cablului de manevră de 32 mm

diametrul exterior al rolei de 1250 mm sarcina maximă de lucru 300tfşi temperatura de lucru de ndash

40degC Din tabelul 56 Cap 5 [1]se observă că acest tip de geamblac face parte din clasa

echipamentului (de manevră) 450

Tabel 33 Caracteristicile GeamblaculuiUnMas

Denumire 6-32GF-300Sarcina maxima la coroana geamblacului tf 400

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300Nr Roti manevra - 6

Diam cablului mm 32Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in functie de rulmenti US tonf 416Masa t 28

49

34Alegerea elevatorului 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

Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane de tubare (B-ElPCB) (bdquocasing slip

elevator-spiderrdquo icircn lb en) este o sculă de manevră care se foloseşte icircn timpul tubării puţurilor

atacirct pentru susţinerea coloanei de burlane (CB) ca broască cu pene aşezată pe masa rotativă

(MR) cacirct şi pentru săltarea din penele broaştei şi introducerea coloanei icircn puţ ca elevator (cu

pene) Deci aceste scule se folosesc icircn pereche icircn timpul tubării puţurilor una aşezată pe MR

susţine CB prin icircmpănare icircndeplinind funcţia de broască cu pene (vezi fig 341) iar cealaltă

care este susţinută icircn chiolbaşi avacircnd rolul de elevator (cu pene) se prinde tot prin icircmpănare pe

burlanul care s-a adăugat prin icircnşurubare la coloană saltă CB din broasca cu pene şi o susţine icircn

timpul introducerii ei icircn sondă (vezi fig 342)

Fig 342 Tragerea burlanului pe jilip cu ajutorul unui elevator de tras burlane pentru a fi icircnşurubat icircn

coloana susţinută icircn broasca cu pene

50

Fig 343 Varianta de elevator (cu pene) (cu inel ridicător) a broaştei-elevator cu pene cu două semicorpuri care este susţinută icircn ochiurile inferioare ale chiolbaşilor (11) icircn timpul introducerii coloanei de burlane (12) icircn puţul care se tubează 1 ndash corp carcasă 2 ndash umăr 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă de siguranţă 5 ndash corp de pană 6 ndash bacuri 7 ndash pacirclnie de ghidare 8 ndash cadru ridicător 9 ndash icircmpingătoare 10 ndash mecanism cu pacircrghii de ridicare

Din punct de vedere funcţional se deosebesc tipurile bull broască cu pene (BP) bull elevator cu pene (ElP)

Fig344 Broasca-elevator cu pene

51

In figura 344 este reprezentata Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane (broasca cu pene icircn partea de sus stanga elevatorul cu pene icircn partea dreapta şi vedere de sus a elevatorului cu pene icircn partea de jos) 1ndash corp 2ndash umăr braţ superior 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă (siguranţă pentru chiolbaşi) 5 ndash poartă uşă 6 ndash pene 7 ndash bacuri 8 ndash placă de sprijin (pe masa rotativă) 9 ndash guler de protecţie şi ghidare 10 ndash pacirclnie de ghidare HB ndash icircnălţimea broaştei cu pene HE ndash icircnălţimea elevatorului cu pene l ndash lăţimea broaştei-elevator

Alegerea elevatorului cu pene se face din conditiile urmatoare

FPgtFCBM

(341)

unde

FPleFBminusEl PCB

(342)

Studiind oferta companiei STEROM SA Cacircmpina conform ([1] cap 8 tab88) se alege un elevator cu pene de tipul

B-ElPCB 4frac12 ndash 13⅜ in x 350 ts (9⅝ x 275 ts x 8⅝) (ndash 45ordmC)

icircnseamnă broască-elevator destinată utilizării pentru burlane cu diametrul nominal cuprins

icircntre 4frac12 in şi 13⅜ in (inclusiv) cu sarcina nominală (sarcina maximă de lucru) de 350 ts (320tf)

echipată cu pene set de pene de 958 in cu sarcina nominală (maximă de lucru) de 275 ts (250 tf)

icircn care sunt montate bacuri de 858 in adică această broască-elevator este echipată pentru susţinerea

unei CB de 858 care determină icircn timpul manevrei ei o sarcină maximă la cacircrlig de cel mult 275ts

(250 tf) Ea este executată să lucreze icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash 45 ordmC

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

21t∙981ms2 =20601kN

35 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatorul pentru prăjini de foraj (ElPF) (bdquodrill pipe elevatorrdquo icircn lb en) este o sculă de

manevră care se foloseşte pentru susţinerea garniturii de foraj (GarF) icircn timpul extragerii şi

introducerii ei icircn sondă El prinde sub mufa PF şi este agăţat prin umerii săi icircn ochiurile

inferioare ale chiolbaşilor

ElPF se compune din

52

ndash două corpuri articulate care se icircnchid pe PF prevăzute cu cacircte un umăr cu care se suspendă icircn

ochiurile inferioare (mici) ale chiolbaşilor

ndash icircnchizatorul celor două corpuri

ndash eclise cu bolţuri prinse icircn umeri pentru asigurarea contra ieşirii chiolbaşilor

Elevatoarele se deosebesc prin forma lor modul de icircnchidere a celor două corpuri şi forma

suprafeţei de rezemare a prăjinilor

Din punctul de vedere al icircnchiderii se diferenţiază

ndash ElPF cu icircnchidere centrală (ElPFIcircC)

ndash ElPF cu icircnchidere laterală (ElPFIcircL)

După forma suprafeţei de sprijin al PF se disting

ndash ElPF cu scaun drept (ELPFSD) deci cu suprafaţă de rezemare dreaptă folosite pentru

manevrarea prăjinilor de foraj cu racorduri speciale sudate cu umăr drept (RSSUD) sau cu

racorduri icircnfiletate [1]

Fig 351 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun conic

ndash ElPF cu scaun conic (ElPFSC) care dispun de o suprafaţă de rezemare interioară tronconică cu unghiul de icircnchidere standardizat de 18deg ca şi mufele racordurilor speciale sudate cu umăr conic (RSSUC)

53

Fig 352 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun dreptElevatoarele sunt tipizate prescripţiile generale fiind prevăzute de API Spec 8A [85] şi

Spec 8C [86] Icircn fig 88 este reprezentat un ElPF cu scaun conic iar icircn fig 89 un ElPF cu scaun

drept

In figura 34 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic

Fig 34 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Alegerea elevatorului pentru prajini se face in functie de tipul prajinilor de foraj

1 Daca prajinile sunt cu recorduri speciale infiletate atunci cu scaun drept

2 Daca prajinile sunt cu racorduri speciale sudate atunci cu scaun conic

La alegerea elevatorului trebuie indeplinita conditia

FElgtFGar FMn

(sarcina normala utila de la carlig) (351)

icircn care FGar FM

este sarcina maximă care apare icircn timpul manevrării garniturii pacircnă la adacircncimea

maximă de foraj a puţului respectiv

54

Pentru că prăjinile de foraj sunt cu RSSUC si FGar FM

=122863kN conform tabelului 85

[1] cap 8 se alege un elevator cu scaun conic cu urmatoarea nominalizare

Elevator cu scaun conic 4frac12 x 1214 x 250 adica

elevator cu scaun conic cu dimensiunea nominală de 4frac12 ( pentru prăjini de foraj cu

RSSUC cu diametrul nominal de 4frac12 DPF = 4frac12) cu diametrul interior de 1214 mm (ceea ce

icircnseamnă că se utilizează pentru prăjini cu capetele fie cu II fie cu IEI (conform tabelului 85 cap

8) şi cu sarcina maximă de lucru de 250 tf cu masa mEl=1828kg conform NR 05-1018R STEROM

SA

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

ELpF= mEl middot g (253)

GEl = 1828 kg middot 981 ms2 = 18 kN

36Alegerea chiolbasilor

Chiolbaşii (Ch) (bdquothe drilling linksrdquo bdquoelevator linksrdquo icircn lb en) denumiţi şi bdquobraţele de

elevatorrdquo sunt scule de foraj care fac legătura icircntre cacircrlig şi elevator fiind utilizaţi icircn timpul

manevrei garniturii de foraj (GarF) şi coloanelor de burlane (CB)

Ei se agaţă cu ochiurile superioare de umerii cacircrligului şi susţin cu ochiurile lor inferioare

elevatorul prin umerii acestuia (vezi fig 361) Astfel sarcina datorată GarF sau CB este

preluată prin intermediul elevatorului de către Ch care o transmit cacircrligului [1]

55

Fig 361 Ansamblul format din macara-cacircrlig chiolbaşi şi elevator icircncare este susţinută garnitura de foraj icircn timpul manevrei acesteia

Din punct de vedere al sarcinii de lucru exista 3 tipuri de chiolbasi

1 Usor (sarcini mici)

2 Mediu (sarcini medii)

3 Greu (sarcini mari)

Tipul usor are forma de za alungita iar cel mediu si greu ndash de bara prevazuta la ambele capete cu

ochiuri

Chiolbasii se executa prin forjare in matrita dintr-o singura bucata de otel slab aliat de

constructii pentru a se asigura o rezistenta mare atat prin fibrajul obtinut prin procedeul tehnologic

respective cat si prin compozitie si prin TT folosit

Fig 362 Diferite tipuri de chiolbaşi

Alegerea chiolbasilor se face in functie de sarcina de lucru si de lungimea nominala

Fig 363 Tipurile de chiolbaşi şi dimensiunile lor principale a ndash chiolbaş de tipul uşor b ndash chiolbaş de tipul mediu c ndash chiolbaş de tipul greu C2 ndash raza de curbură interioară a ochiului superior G1 ndash raza de curbură interioară a ochiului

56

inferior D2 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului superior cu umărul cacircrligului H1 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului inferior cu umărul elevatorului d d1 ndash diametrul barei L ndash lungimea de lucru (dintre

punctele de sprijin pe umărul cacircrligului şi pe umărul elevatorului)

Conform normelor prevazute pentru F200-2DH se aleg chiolbasi de tip greu serie Chiolbaşi 69 x 2100 x 320

Gama de sarcini Fch = 320 tf perDimensiuni principale- d1 = 85 mm- C2 = 108 mm

- G1 =70 mm- D2 = 34 mm - H1 = 345 mm- Lungimea totala Lch = 2100 mm- Masa netă informativă mch = 247 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (36)

GCh = 247 kg middot 981 ms2 = 243 kN

37Alegerea cablului de manevra

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

1 la manevră cablul de manevră sau de foraj

2 la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcărit

3 la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancoră

4 pentru rabaterea turlei cablul de praştie

5 la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electrici

Cablurile 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

57

1 de acelaşi diametru 5 la fire2 de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 371)

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

Fig 371 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

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

1 organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)

2 metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)

3 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 ]

58

Fig 372 Cablarea a ndash icircnfăşurarea spre dreapta b ndash icircnfăşurarea spre stacircngac ndash cablarea icircn cruce stacircnga (ZS) d ndash cablarea icircn cruce dreapta (SZ)e ndash cablarea paralelă dreapta (ZZ) f ndash cablarea paralelă stacircnga (SS)

Alegerea cablului se face pe baza sarcinii sale reale minime de rupere (Srm) astfel icircncacirct să fie satisfăcută condiţia de rezistenţă (vezi [1])

Srm gecM middot FM (37)

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

CM - coeficientul de siguranţă pentru operatiile de tubare si instrumentatie care se accepta egal cu

valoarea 2 conform API Spec9B iar FM ste forta maxima din RA a infasurarii cablului Ea se

determina cu expresia[1]

(372)

in care FM este forta totala care actioneaza asupra ramurilor din cablu z ndash nr de role de la macaraηMminusG - randamentul masinii macara-geamblac la ridicareRandamentul masinii macara-geamblac la ridicare se obtine cu relatia (cf[1])

ηMminusG=β2 ∙Zminus1

2 ∙ Z ∙ β2 ∙Z ∙ ( βminus1 ) (373)

unde β este inversul randamentului unei role

β= 1ηRo

(374)

pentru care se admite valoarea β =104 conform API iar ηRo =096 (API) randament role

59

FM=FM

2sdotzsdotηM minusG

Conform tipului de ansamblu MC ales z =5 Atunci rezultă

ηMminusG =

1 04225minus12sdot5sdot1 042sdot5 (1 04minus1 )

=0 811

Forţa F M se calculează cu expresia (conform [1])

FM =F M +GoTsdot(1+

ac(M )

g )

(375)

unde FM

este sarcina maxima utila la carlig GoT - greutatea moarta la tubare g- acceleratia

gravitationala g= 981 ms2 ac(M )

- acceleratia miscarii carligului are valori cuprinse in domeniul

[0515]∙ ms2

Greutatea moartă la tubare se determină ţinacircnd cont de greutatea elementelor ansamblului

MC a chiolbaşilor (Ch) a elevatorului cu pene (ElP) şi a ramurilor de cablu dintre macara şi

geamblac

GoT =

GMC+G ch+GEl P+GCM

(376)

Deoarece la acest moment nu se cunoaşte tipodimensiunea cablului şi ca urmare masa sa unitară se face aproximaţia

GoT iquestGMC+G ch+GEl P (377)

rezulta

GOT=8446 kN+243kN+20601 kN=1075 kN

Ştiind tipul IF se determină

FM

=200tf= 200∙981 =1962kNSe accepta

ac(M )=1 m s2

si se obtine

FM =1962 kN+107 5 kNsdot(1+ 19 81 )=2080 46 kN

60

Se calculeaza

F =

2080 46 kN2sdot5sdot0 811

=256 531 kN

Se determină sarcina reală minimă de rupere necesară a cablului cu formula

Srmnec gecM middot FM (378)

c M=2 ( conform API) si rezulta

Srmnec =2∙256531kN=513062kN

Se alege un cablu Seale cu o măsură a lui Srm astfel icircncacirct să fie icircndeplinită condiţia următoare

Sr mgtSr m nec

(379)

Ca urmare din [1] tabelul 52 se constată că se poate alege

Cablu Seale 6x19-32-1570 SZ STAS1689-80

caracterizat prin

nT=6 nr toroane

n f=19=1+9+9 nr fire din fiecare torondc=32 mm diametrul nominalRm=1570 MPa rezistenta minima de rupere a sarmelorSr m=531 32 kN sarcina reala minima de rupered0=3 mm diametrul sarmelor centraled1=1 45 mm diametrul sarmelor intermediared2=26 mm diametrul sarmelor exterioarem1 C=3 89 kg m masa unitara

Tipul cablării cruce dreapta (SZ) adică sensul de icircnfăşurare a firelor icircn toron este spre stanga(S) iar sensul de icircnfăşurare a toroanelor icircn cablu este spre dreapta (Z)Sr m=531 32gtSr nec=513 062 kN

Deci conditiaSr mgtSr nec este satisfacuta

Se reia calculul pentru verificare

61

Trebuie sa recalculam FM tinand cont si de greutatea cablului GCM

GCM =2sdotzsdotlr CM(M ) sdotqc (3710)

qc - greutatea unitara a cabluluiqc =m1 Csdotg (3711)

qc =3 89 kg msdot9 81 m s2=38 161 N mlr CM(M ) =(15 m+lp )+sminuslb (3712)

lr CM(M )

=(15 m+27 m)+65 mminus9 m=26 m

in care s=65m ndash spatiu de siguranta lb=9m lungimea unui burlanlp=27m lungimea pasului

GCM=2sdot5sdot26 msdot38 161 N m=9 922 kN

GoT=107 5 kN+9 922kN=117 422kN

Pentru IF F200-2DH vom avea

F =

2091 413 kN2sdot5sdot0 811

=257 88 kN

c M=Sr m

F c M=531 32kN

257 88 kN=2 06gtc=2

Tabelul 375 Parametrii caracteristici ai cablurilor Seale 6 x 19 conform STAS 1689-80

38 Alegerea troliului de foraj

62

FN=200sdot9 81kN+117 442kN (1+ 19 81

)=2091 413kN

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

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

9

Fig 122Determinarea profiluluistructurii CE de 5 in cu filet L din componenta Sondei 7 cu ajutorul diagramei de tubare a accstui tip de coloana

Tabelul 122 Caracteristicile coloanei de exploatare (CE) de 5rsquorsquo cu filet L

CB3=CE DCE=5 in tip IF-APIL HT3=3500 ρf=1500 kgm3 nT3=7

i 1 2 3 4 5 6 7Li-1 m 0 120 625 1025 1060 1650 2550Li m 120 625 1025 1060 1650 2550 3500

lBI m 120 505 400 35 590 900 950

CBI P110 N80 J55 J55 J55 N80 P110

10

SBi m 752 752 752 643 752 752 752

m1Bi kgm 2234 2234 2234 1936 2234 2234 2234

qBi Nm 219155 219155 219155 189921 219155 219155 219155

GBi kN 26298 110673 87662 6647 85470 19724 208197

GCB3 kN 722187

undentj reprezinta numarul de tronsoane de burlane lBi ndash lungimea fiecarui tronson de burlane

NBi ndash numarul de burlane din fiecare tronson CBi ndash clasa de rezistenta a otelului din care se

confectioneaza burlanele din fiecare tronson sBi ndash grosimea de perete a corpului burlanului din

fiecare tronson m1Bi qBi ndash masagreutatea unitara a burlanelor carecompun fiecare tronson

Fig 122Determinarea profiluluistructurii CB de 858 in cu filet L din componenta Sondei 7

Tabelul 123 Caracteristicile CI de 858 cu filet L

CB2=CI DCI= 858in tip IF-APIL HT =2660 ρf=125tm3 nT2=6

11

i 1 2 3 4 5 6Li-1 m 0 255 580 1040 1560 1955Li m 255 580 1040 1560 1955 2660lBI m 255 325 460 520 395 705CBI N80 J55 J55 J55 N80 N80

SBi m 1016 1016 894 1016 1016 1143m1Bi kgm 5362 5362 4766 5362 5362 5958

qBi Nm 526012 526012 467544 526012 526012 584479GBi kN 134133 170954 215070 273526 207774 412059

GCB3 kN 1413516Greutatea aparentă a CB (GaCB3 equiv GaCE) este greutatea acesteia icircn fluidul de foraj din puţul icircn care se introduce şi se determină cu formula (vezi[1])

Ga CE=GCE ∙(1minus ρ f

ρo) (125)

Rezulta

Ga CE=1413516 kN ∙(1minus125785 )=1188433kN

Se calculează greutatea coloanelor de burlane maximă cu relaţia următoare

GCBM = max (GCI GCE) (126)

GCBM = max (1413516kN 722187kN) = 1413516 kN

13Alegerea sapei pentru forajul putului de exploatare (vezi aplicatia 2)

Conform datelor obtinute in paragrafele 11 si 12 s-au 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 TEE 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 incat 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) asigurand un joc interior minirn (δimCBj-1)

12

Fig 114 Sapă cu role-con cu dantură cu dinţi frezaţi executaţi din corpul rolei

1ndash falcă 2ndash con cu dantură cu dinţi din oţel 3 ndash contracon4 ndash dispozitiv de spălare exterioară cu jet (cu duză)

5 ndash cep cu filet conic 6 ndash umărul cepului (icircmbinării filetate)

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 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 conform codificaţiei specifice

Din tabelul 1 [3] (aplicatia 1) se alege diametrul mufei coloanei de exploatare DMCE

corespunzătoare diametrului nominal al coloanei de exploatare DCE STAS 875 - 86 tab 6 icircn funcţie de tipul filetului

DMCE=1413 mm

Ca urmare se alege o sapă cu trei role pentru roci medii-abrazive (MA) Această sapă trebuie să foreze o gaură care să fie tubată cu o coloană de 5 in = 127 mm Pentru reuşita operaţiei de cimentare se recomandă (conform [11] tabelul 11) un spaţiu inelar cu măsura

δCEr = 15 mm

Se calculează diametrul sapei Ds cu următoarea relaţie

(131)

Conform [1] δCE se poate aprecia cu expresia de forma

δCEcong 012 ∙ DCE

(132)

si se obtine

13

δCEcong 012 ∙ 127 mm=1524 mmcong 15 mm

Se constată că cele două măsuri sunt apropiate Atunci folosind expresia

DS PE=iquestD M CE+2 ∙δCE riquest

(133)

rezulta

DS PE=iquest1413 mm+2 ∙15 mm=1713mmiquest

Dar sapa trebuie să treacă prin interiorul coloanei anterioare de 8⅝Prime (2191 mm) Această

coloană fiind introdusă la adacircncimea de 2660 m rezultă din diagrama de tubare că ultimul său

tronson trebuie să fie alcătuit din burlane cu grosimea maximă de perete de 1143 mm Deci

diametrul interior minim al coloanei intermediare de 8⅝Prime calculat cu relaţia

Di m CI ( I )=iquest D CI( I)minus2 ∙S BM iquest (134)

are măsura

Di m CI ( I )=2191 mmminus2 ∙1143 mm=1962 mm

Folosind tabelul 4 se observă că se poate alege o sapă cu diametrul nominal de 6frac34Prime (1715 mm) cu ajutorul căreia se realizează spaţiul inelar cu măsura recomandată respectiv

δCE=05 ∙ (1715 mmminus1413 mm )=151mm

şi care poate trece prin tronsonul cu diametrul interior minim al CI(I) jocul interior minim

determinat cu relaţia (cf [11])

δ i m CI ( I )=05∙ (Di m CI (I )minusDS PE ) (135)

δ i m CI ( I )=05∙ (1962 mmminus1715 mm )=123 mm

Icircn continuare se alege varianta constructivă de sapă MA- 634 DGJ cu diametrul de 6frac34Prime necesară pentru roci MA Adică o sapă cu dinţi din oţel avacircnd contraconul icircntărit şi prin ştifturi din carburi metalice sinterizate (D) cu lagăre cu alunecare etanşe (G) şi cu spălare exterioară cu fluid de foraj (cu jet) (J)

14

14 Alegerea 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 adancime (AnAd) al GarF

Exista doua variante de executie a PG(vezi [3]aplicatia 4)

1 forjate cu tratament termic de imbunatatire pe toata lungimea2 laminate (din tevi cu pereti grosi) cu tratament termic de normalizare si о imbunatatire

la capetePG se realizeaza in urmatoarele forme constructive

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

Fig 141Prajini grele circulare (PGC)

Tabelul 143 Alegerea diametrului nominal al PG (DPG) icircn funcţie de diametrul sapei

(DS)

Ds mm

1365divide1411

1492divide1615

1615divide1715

2127divide2286

2444divide2508

2695 295 3112 3492 ge3747

DPG mm

114(108)

121divide139

(114divide

133divide146

(121divide

187(159)

203(178)

229(203)

245(219)

245(229)

254(229)

273(254)

15

121) 133)

Alegerea PG inseamna determinarea masurilor urmatoarelor marimi

1 diametrul nominal (DPG)2 diametrul interior (DPGi)3 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 avand 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 cat mai mare a diametrului nominal

2 asigurarea unui spatiu inelar (SI) intre peretele putului si PG cu omasura cat mai mare

pentru ca pierderea de presiune (ΔpSIPG) rezultata la curgerea fiuidului de foraj sa fie cat

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 implicand o masura cat mai mica a diametrului nominal

Pe baza unor cercetari experimentale (cf [2]) efectuate in conditii de santier privind viteza medie

de avansare a sapei (vAv) si timpul de prindere in teren a GarF pentru fiecare sonda (tPrSd) in

functie de raportul D2PG D2

S s-a constatat ca exista un domeniu optim de valori pentru acest

raport

D2PG D2

S =[06 07]

Fig 142Viteza 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 foraj

16

Icircn funcţie de valoarea raportului DPGDS se clasifică (cf [6]) PG şi tipurile de formaţiuni icircn care

se recomandă să se foreze (vezi tabelul 142)

Tabelul 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

Pentru alegerea PGC se recomanda relatia empirica[6]

DPG=DS-25 (142)Pentru forajul putului de exploatare al Sondei 7 se considera ca nu exista pericol de

prindere in formatiunea geologica traversata prin foraj pana la adancimea finala

Avand in vedere tipul de formatiune precizat mai sus conform tabelului 2 se alege PG

supradimensionata cu DPG DS= 089

DPG= 1715mm ndash 25mm =1465mm

Din tabelul 143 conform [6] se alege DPG= 146mm Din tabelul 1 (vezi aplicatia 4) se

alege măsura standardizată a diametrului nominal cea mai apropiată de măsurile rezultate anterior

adică DPG = 1524 mm pentru care exista DPGi isin572 715]mm cu m1PGisin 1234 1115 kgm

Rezultă DPGDS = 08886 089cong

ceea ce este icircn acord cu tipul de PG supradimensionată recomandată pentru formaţiunile

fără pericol de prindere

Se calculeaza greutatea unitara

qPG=m1PG ∙ g (143)

unde

DPGi este diametrul interior prajini grele

- pentru DPGi= 572 mm

q=1234kgm

∙ 981ms=1210554

Nm

=1211kN m

unde g este acceleratia de cadere libera g=981 ms2

- pentru DPGi= 715 mm

q=1115kgm

∙ 981m

s2=1093815

Nm

=1094 kN m

17

Se calculeaza coeficientul pierderii de presiune din interiorul PG cu formula

α PGi=

8π 2

sdotλPG i

DPG i5

in care

(144)

λPGi reprezinta coeficientul de rezistenta hidraulica liniara si are o valoare constanta si anume (conform [1])

λPGi=002

- pentru DPGi= 572 mm

α PGi=

8π 2

sdot 0 02

(5 72sdot10minus2 )5 m5= 8

π2sdot2sdot10minus2sdot1010

5 725 m5= 8

π2sdot20000sdot104

5 725 m5=26475sdot104 mminus5

- pentru DPGi= 715 mm

α PGi=

8π 2

sdot 0 02

(7 15sdot10minus2)5 m5= 8

π2sdot2sdot10minus2sdot1010

7 155 m5= 8

π 2sdot20000sdot104

7 155 m5=0 8675sdot104 mminus5

Daca se alege masura mai mica a diametrului interior atunci lungimea AnAd va fi mai mica

dar fara sa se evite fenomenul de flambaj deoarece aceasta lungime este mai mare decat 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 alege PG cuDPG= 6 in= 1524 mm DPgi = 2 1316 in= 715 mm IFU de tipulNC 44 m1PG = 1115 kgm

Mir=244kNm (momentul de insurubare recomandat) i=W M

( lC)

W C(1905 )=284

Se observa ca i=284gtiopt= 25 ceea ce inseamna ca imbinarea filetata cu umar a PG asigura o rezistenta mare la oboseala in sectiunile sale critice (Vezi [1])

14Verificarea la flambaj a ansamblului de prajini grele

141 Determinarea lungimii ansamblului de adancime

Pe baza datelor obtinute anterior se calculeaza lungimea ansamblului de PG (LAnAd) cu formula (vezi [1])

18

LAn Ad=FS

c L ∙qPG ∙(1minusρf

ρo)∙ (cosθminusμa sinθ)

(151)undeFS este forta de apasare pe sapa ρ f -densitatea fluidului de foraj(150tm3) ρ odensitatea otelului(785tm3) LAnPG este lungimea ansamblului de prăjini grele in m

qPG ndash greutatea unitara a PG CL ndash coeficientul lungime Fs ndash forta de apasare pe sapa Ө - unghiul mediu de deviere al sondei fata de vertical g ndash acceleraţia gravitaţională in ms Densitatea fluidului de foraj se poate aprecia cu expresia empirică(cf [8])

ρ f=125+025∙ ln (H ∙10minus3) (152)

ρ f=[125+025∙ ln (35 ∙ 103 ∙10minus3 ) ] t

m3=1563 t m3

Din conditiile tehnologice se alege ρf =15 tm3 (vezi Ap 1)Se calculeaza greutatea unitara a PG

qPG=m1 PGsdotg (153)

qPG=1115kgm

∙981m

s2=109382

Nmcong 1094

kNm

Se calculează forţa de apăsare pe sapă (cf [8])

FS=(03+7 5sdot10minus5sdotH )sdotDS

(154)

FS=(03+75 ∙ 10minus5 ∙35 ∙103)∙ 1715 kN= 9647 kN

Se calculeaza lungimea ansamblului de PG cu expresia (151)

LAn PG=9647 kN

0 85sdot1 094 kN msdot(1minus 157 85 )sdot(cos 30minus03sdotsin 30)

=130 475 m

Өiquest30

Se determina numarul de PG cu relatia

nPG=L An PG

lPG (155)

Unde lPG reprezinta lungimea unei prajini grele Daca se admite pentru lPG

19

masura normala care este egala cu 9m atunci se obtine

nPG=130 475m9 m

=14 49≃15

Se alege nPG=15 si se recalculeaza LAnPG

LAn PG=15sdot9m=135 mSe recalculeaza coeficientul de lungime al AnPG

c L=96 47 kN

135 msdot1 094kNm

sdot(1minus 157 85 )sdot(cos 30minus03sdotsin 30)

=0 821

si se constata ca valoarea lui se gaseste in domeniul recomandat adica [070 085]

142 Verificarea la flambaj a AnPG (vezi [3] aplicatia5)

Lungimea supusa la compresiune a AnPG este c LsdotLAn PG=0 821sdot135=110 835 m (156)

Se calculeaza lungimea critica de flambaj a AnPG(vezi [1])

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 PGExpresia de sub radical adică

(158)

se numeşte (conform lui N Pacircrvulescu) volum de rigiditate la gravitatie deoarece are dimensiunea unui volum si exprima un caracter de rigiditate al PG

Momentul geometric axial se calculeaza cu formula

I PG= π64

sdot( DPG4 minusDPG i

4 ) (159)

I PG= π64

sdot(15 244minus7 154) cm4=2520 375 cm4≃2 5203sdot10minus5 m4

20

Greutatea unitara aparenta a PG se determina cu formula

qa PG=qPGsdot(1minusρf

ρo) (1510)

Se obtine

qa PG=1 094kNm

sdot(1minus 157 85 )=0 885

kNm

Măsura volumului de rigiditate la gravitaţie al PG este

V PG=21∙ 1011 N

m2∙ 2520375 ∙10minus5 m4

0885∙ 103 Nm

=5981∙ 103 m3

Rezultă imediat măsura lungimii critice de flambaj a AnPG

LAn PG cr=17∙3radic5981∙103 m3=3085 mcong 31 m

Comparand aceasta masura a lungimii critice de flambaj a AnPG cu aceea a lungimii

portiunii din AnPG supuse la compresiune se constata

c LsdotLAn PG=110 835 mgtLAn PG cr=31 m

Ceea ce inseamna ca AnPG flambeaza sub actiunea fortei de apasare pe sapa Avand 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 corector-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 prajinile grele al doilea

al treilea si respectiv al patrulea stabilizator (vezi cap 1fig124 f)

21

Fig 143 Alcătuirea ansamblului de adacircncime al garniturii de foraj

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

Alegerea prajinilor de foraj (vezi Apl 6)Prăjinile de foraj (PF) sunt fabricate din ţevi de oţel laminate la cald icircngroşate la capete Se execută următoarele tipuri de PF [6] ndash PF cu racorduri speciale sudate (prin presiune de contact) (PFRSS) ndash PF cu racorduri speciale filetate (PFRSF)

PFRSS se realizează icircn conformitate cu STAS 80371-80 (bdquoPrăjini de foraj pentru racorduri sudate Clasele de rezistenţă D E şi G-105 Dimensiunirdquo) şi conform normei API 5A ndash pentru PF din clasele de rezistenţă D şi E ndash şi normei API 5AX ndash pentru PF din clasele de rezistenţă X-95 G-105 şi S-135 După forma icircngroşării capetelor PFRSS se execută icircn trei variante (vezi fig 161)

ndash PF cu capete icircngroşate la interior (II) (sau IU ndash Internal Upset conform API) ndash PF cu capete icircngroşate la exterior (IE) (sau EU ndash External Upset conform API) ndash PF cu capete icircngroşate la exterior şi la interior (IEI) (sau IEU ndash Internal- External Upset conform API)

22

Fig 161 Prăjini de foraj cu racorduri speciale sudate (PFRSS) [1] a ndash varianta II (cu capetele icircngroşate la interior) respectiv IU (Internal Upset) conform API b ndash varianta IE (cu capetele icircngroşate la exterior) respectiv EU (External Upset) conform API c ndash varianta IEI (cu capetele icircngroşate la exterior şi la interior) respectiv IEU (Internal-External Upset) conform API

Alte tipuri de PF sunt ndash PF cu perete gros ( Thick Wall Drill-Pipe icircn lb en) ndash PF cu grosimea de perete variabilă ndash PF cu racorduri speciale sudate cu canale elicoidale şi cu perete gros

Racordurile speciale pentru sudare (RSS) de la PF cu II IE şi IEI au tipodimensiunile şi

condiţiile tehnice reglementate icircn STAS 75701-80 (bdquoRacorduri speciale pentru sudare prin contact

la prăjini de foraj din clasele de rezistenţă D şi Erdquo) icircn norma API Spec 7 şi de asemenea icircn

normele interne ale firmelor constructoare RSS se execută icircn două variante constructive (fig

162)

ndash varianta A RSS cu scaun conic

ndash varianta B RSS cu scaun drept

23

Fig 162 Racorduri speciale pentru sudare (RSS) la prăjini de foraj [2] varianta A (cu scaun conic) varianta B (cu scaun drept)

Normele API Spec 7 prevăd RS şi pentru PF confecţionate din oţeluri din clasele de rezistenţă

superioare X-95 G-105 şi S-135

RSS sunt prevăzute cu icircmbinări filetate cu umăr (IcircFU) standardizate icircn STAS 8351-80

Alegerea prăjinilor de foraj

A alege prăjinile de foraj (PF) icircnseamnă a stabili ndash tipul PF

ndash diametrul nominal (DPF) şi grosimea de perete (sPF)

ndash clasa (gradul) de rezistenţă ndash clasa de uzură

ndash intervalul de măsuri ale lungimii

Criteriile pe baza cărora se face alegerea PF sunt următoarele

1) rezistenţă maximă la solicitările statice şi variabile care se asigură prin alegerea

corespunzătoare a tipului de PF a clasei de rezistenţă şi a celei de uzură a PF a intervalului de

măsuri ale lungimii PF şi a unei măsuri a grosimii de perete cacirct mai mari

2) rezistenţă maximă la acţiunea mediului coroziv care impune alegerea corespunzătoare a oţelului

şi dacă este cazul alegerea PF cu acoperiri speciale anticorozive şi de asemenea a unei măsuri a

grosimii de perete cacirct mai mari

3) energie minimă consumată icircn timpul forajului care icircnseamnă

a) energie mecanică de rotaţie minimă care se asigură prin alegerea unor măsuri ale

diametrului nominal şi grosimii de perete cacirct mai mici 24

b) energie hidraulică minimă (consumată prin circulaţia fluidului de foraj)ceea ce

presupune o pierdere de presiune minimă la curgerea fluidului de foraj prin interiorul PF care

determină alegerea unei măsuri cacirct mai mici a grosimii de perete

4) energie minimă consumată icircn timpul manevrei GarF ceea ce presupune alegerea PF cu măsura

minimă a masei unitare

Diametrul nominal al PF reprezinta diametrul exterior al corpului PF DPF=DPFe (161)

Diametrul nominal al PF se determina in functie de Dsmasurile orientative fiind date in tabelul de mai jos

Ds mm 150170 150200 175225 200250 225300 gt250DPF mm(in) 889(3 frac12) 1016(4) 1143(4 frac12) 127(5) 1397(5 frac12) 1683(658)

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

Pentru diametrul sapei de foraj determinat icircn subcapitolul anterior Ds= 1715 mm = 634rdquo se alege diametrul nominal al prăjinii de foraj DPF =4 frac12rdquo = 1143 mm

Din STAS 8037 ndash 88 (vezi aplicatia 5 tabelul 1) se alege diametrul nominal standardizat 412rdquo E 75 cu urmatoarele caracteristici

- masa cu racorduri m1PF= 33 Kgm

- grosimea peretelui s= 1092 mm

- diametrul interior DPfi= 9246=925 mm

- aria prăjinii de foraj A= 3547 mm2

- modulul de rezistentă WP= 10583 cm3

- tipul icircngroşării EU

- gradul de rezistenta E 75

- presiunea exterioara limita pel= 894 bar= 894MPa

- presiunea interioara limita pil= 865 bar =865MPa

- forţa de tracţiune limita FtcL= 1834 kN

- momentul de torsiune limita MtLPF= 5003 kNm

- tipodimensiunea IFU a RSS NC46 (4IF)

Solicitari care duc la limita de curgere a RSS

- momentul de insurubare limita dpdv al curgerii materialului RSS

25

M i RS L=53 69 kNm

FtRSL = 4 664 kN (forţa de tracţiune limită dpdv al curgerii materialului RSS)

- momentul de insurubare recomandatM i r=27 3 kNm

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)

Se obtine

APF=π4sdot(114 32 mmminus92 462 mm)=3547 mm2

Se determina modulul de rezistenta polar al sectiunii transversale a corpului PF cu formula

W p=I p

DPF

2

(162)

unde I p este momentul geometric polar al sectiunii transversale a corpului PF

I p=π32

∙( DPF4 minusDPFi

4 )= π32

∙ DPF4 ∙[1minus( DPFi

DPF)

4] (163)

I p=π

32sdot114 34 mmsdot[1minus(925 mm

114 3 mm )4 ]=9569240 653 mm4=956 924 mm3

deci

W p=π

16sdotDPF

3 sdot[1minus( DPF i

DPF)

4]

(164)

Rezulta

W p=π

16sdot114 33sdot[1minus(92 5

114 3 )4]=167658 175 mm3

Calculul tensiunii de tractiune

σ tcl=F tcl

APF

(165)

26

σ tcl=1834 kN

3547 mm2 =1834 ∙ 103 N3547 mm2 =517056 ∙106 Pa

Aceasta tensiune arata limita de curgere minima conform tabelului cu caracteristicile

mecanice ale prajinilor de foraj pentru clasa de rezistenta E75 (vezi aplicatia 6) Limita de curgere

trebuie sa se situeze in intervalul 517hellip724 In cazul nostrum limita este 517 MPa care se

incadreaza intre valorile recomandate

-calculul tensiunii tangentiale τ=G∙θ ∙ r (166)

θ=M t

G ∙ I p

(16 7)

Unde G este modulul de elasticitate transversal al materialului din care se confectioneaza PFPentru otel G= 81010 Paθ- torsiunea specificar- raza punctului considerat din sectiunea transversala a corpului PF

θ= 5003∙ 103 Nm8 ∙ 1010 N m2 ∙ 0956∙ 10minus5m4 =653 ∙ 10minus2 1

m

τ=8 ∙1010 N

m2∙ 653 ∙ 10minus2 mminus1∙ 5785∙ 10minus2m=29855106

N

m2

Aceasta tensiune reprezinta tensiunea tangentiala de curgere

Lungimea ansamblului superior utilizat pentru forajul putului de exploatare se determina cu

expresia

LAn S=H MminusLAn PG (168) LAn S=3500 mminus162 m=3338 m

Se calculeaza numarul de PF

nPF=

LAn S

lPF (169)Considerand ca lungimea unei prajini este cea normala adica 9m se obtine

nPF=3338

9=37088

Se alege nPF=371 si se recalculeaza lungimea AnS

LAnS=371∙9m=3339 m

27

17Alegerea 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

garnitura stanga) [1]

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 masa rotativă 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 (658 REG) in timpul forajului după tubarea unei coloane de burlane prăjina

de antrenare trebuie uneori schimbată ndash diametrul cepului 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 de lucru 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 [1]

28

Fig 171 Prăjina de antrenare forjată a ndash pătrată b ndash hexagonală

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

Alegerea 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-cep

Se prefera alegerea unei prajini de antrenare forjate deoarece nu necesita reductii de legatura

proprii asa cum este cazul prajinii laminate

29

Fig172 Reducţii de legătură icircntre prăjina de antrenare (PA) şi racordul special (RS) denumite RLRS a ndash

reducţie dreaptă (pentru icircmbinări filetate cu aceleaşi dimensiuni) b ndash reducţie icircn trepte (pentru icircmbinări filetate cu

dimensiuni diferite)

Se alege o prajina de antrenare forjata patrata avand elementul de imbinare superioara de

tipul mufa cu filet stanga de tipul 658 REG pentru asamblarea cu reductie cap hidraulic(RLCH)

Pentru ansamblul superior al garniturii de foraj s-a stabilit ca se iau prajini de foraj de 4 12 in cu

racorduri speciale sudare(RSS) cu IEI si tipodimensiunea IFU NC 46

Ca urmare conform tabelului 1 aplicatia 7 se alege prajina de antrenare in varianta

constructiva 1(standard) cu dimensiunea nominala de 4 frac14 in Se foloseste o RLPA dreapta de

tipul mufa(NC46)-cep(NC46) ca in figura 172 a

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 infDPA

mm(in)DPAi mm

a mm

lPA m

mPAkg

1cep

6 58 REGmufăNC46

mufă6 58

REG

cepNC46

A (dreapta) NC46-NC46

108(4 14)

714 108 12192 800

30

18 Alegerea tipului de instalatie de foraj

Instalaţia de foraj reprezintă totalitatea maşinilor utilajelor si instalaţiilor necesare săpării unei sonde

Studiul pe sisteme al instalaţiilor de foraj corespunde principalelor operaţii care se efectuează

pentru forarea unei sonde precum si principalelor grupe de maşini si utilaje care intra in

componenta acestor instalaţii

Sistemele de lucru ale unei instalaţii de foraj sunt

1 Sistemul de manevra mdash SM- cu ajutorul căruia se realizează ridicarea si coboracircrea

sarcinilor

2 Sistemul de circulaţie - SC - care asigura circulaţia fluidului de foraj

3 Sistemul de rotire - SR - care realizează rotirea garniturii de prăjini in timpul forajului

In cazul instalaţiilor de foraj transportabile apare si sistemul de transport

Pentru asigurarea condiţiilor de funcţionare a sistemelor de lucru instalaţia de foraj mai

cuprinde sistemul de comenzi instalaţia de preparare si curăţare a fluidului de foraj dispozitive

de mecanizare si automatizare ansamblul de scule materialul tubular [1]

Alegerea instalaţiei de foraj se face pe baza sarcinii maxime utile (sarcinii maxime de lucru) FM (V APLICATIA 9)

In aplicatiile anterioare s-au determinat greutatile fiecarei coloane de burlane si anume

GCI(I)= 1413516 kN GCE= 722187kN

Rezulta ca cea mai grea CB GCBM=max GCI(I) GCE=1413516 kN

S-au ales pentru forajul putului de exploatare prajini grele cu DPG=6 in=1524 mm

DPGi=2 1316 in= 715 mm m1PG = 1115 kgm qPG=1094kNm LAnPG=135 m

Se determina greutatea AnPG

GAn PG=qPGsdotL An PG

(181)

si se obtine

GAnPG=1094kNm135m=14769kN

Greutatea unitara a PFse calculeaza folosind formula

qPF=m1 PFsdotg (182)

qPF=33kgm

sdot9 81m

s2=323 73

Nm

31

Greutatea AnS va fi

GAn S=qPFsdotLAn S (183)

GAn S=323 73Nm

sdot3 339sdot103 m=1080 934kN

Greutatea GarF se obtine insumand greutatea AnPG si greutatea AnS

GGar F=GAn PG+GAn S (184)

Se obtine

GGar F=147 69 kN+1080 934 kN=1228 624 kN

Se considera ca cea mai grea GarF este garnitura utilizata pentru forajul putului de exploatare

GGar F M=1228 624 kN

Alegerea IF se face pe baza sarcinii nominale de la carlig si a tipului de actionare

FM =max FM T FM D (185)

Sarcina maxima utila de tubare se calculeaza cu formula[1]

FM T

=GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+(1+kmf( M ) )sdot

ac

( M )

g ] (186)

in care

k r(M )estecoeficientul fortei de frecare la ridicarea coloanei de burlane intre peretele putului si

fluidul de foraj k mf(M )minusiquestcoeficientul de masa al fluidului de foraj din interiorul coloanei aderent la

coloana ac(M )- acceleratia miscarii carligului in cazul ridicarii sarcinii normale

kDij- coeficientul diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

ρ0 ndashdensitatea otelului din care sunt confectionate burlanele

ρf -densitatea fluidului de foraj

Coloana fiind considerată plină cu fluid de foraj cu aceeaşi măsură a densităţii ca şi aceea

din interiorul puţului forat coeficientul k mf(M ) se determină cu formula [1]

k m f=ρf

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1] (187)

unde DCB este diametrul nominal al CB GCBM ndash greutatea celei mai grele coloane de burlane Sfa- grosimea startului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al coloanei de burlane

32

LCB ndash lungimea CB lj ndash lungimea tronsonului de ordinul j kDij ndash coef diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

K Dij=Dibj

DCB

(188)

Pentru CI(I) de 858in vom avea

DCI(I)=858in= 2191 mmntCI(I)=6

sB jisin 10 16 10 16 8 94 10 16 10 16 11 43 mmDi B jisin 198 8 198 8 2012 198 8198 8 196 8 mm

k Di jisin 0 907 0 907 0 918 0 907 0 907 0 898 l jisin 255 325 460 520 395 705 m

LCI(I)=HCI(I)=2660m

=125tm3

sf a=0 653 mm grosimea stratului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al CB

iquestsumj=1

6

(1minusk Di j2 )sdotl j=

(1-09072)sdot255+(1minus09072 )sdot325+(1-09182 )sdot460+ (1minus09072 )sdot52 0++ (1-09072)sdot39 5+(1minus0 8982)sdot705=473 972 m

Se admite

k r(M )=02

si ac

(lt M )=1 ms2 Se obţine

Sarcina maxima utila la tubare

FM T =1413 516 kN sdot[(1minus1 25 t m3

7 85 t m3 )sdot(1+02 )+ (1+0 745 )sdot 19 81 ]=1677 556 kN

Sarcina maxima utila de degajare a celei mai grele garnituri de foraj se determina cu relatia[1]

FM D =GGar F Msdot(1minus ρ f

ρo)+FD M

FD M este forta de degajare maxima FD M =300kN

33

k m f(M )=

ρ f

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

5

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1]=

Măsura lui FDM se apreciază icircn funcţie de măsura lui HM conform tabelului 1 aplicatia 9

FM D =1228 624 kNsdot(1minus1 25 t m3

7 85 t m3)+300 kN=1332 983

kN

Conform rezultatelor de mai sus se obtineFM

=max 1677 556 1332983 kN=1677 556 kN 9 81≃171 0047 tf

Ca urmare se poate alege o IF transportabilă pe cale terestră pe subansamble (SAn) din clasa F 200 (vezi [1])

Tipul acţionării se alege icircn funcţie de posibilitatea de alimentare cu energie electrică a IF icircn

zona de amplasare de instalaţiile aflate icircn dotarea firmei de foraj şi de costul comparativ al

combustibilului şi al energiei electrice din perioada cacircnd o să lucreze instalaţia icircn situaţia icircn care

firma dispune de instalaţii cu acţionări neautonome sau autonome

Se admite că situaţia din zona de amplasament a IF impune o acţionare de tipul DH Avacircnd

icircn vedere acest lucru rezultă că se poate alege o IF de tipul

F-200-2DH (T(SAn))

19 Concluzii

Pe baza datelor luate din materialul didactic si standardele nationale cat si internationale s-a

facut un calcul teoretic de alegere al instalatiei de foraj Luand in consideratie ca mediul real poate

aduce un aport negativ asupra calculelor teoretice in rezultatele prezentate mai sus s-au luat niste

coeficienti de siguranta care sa acopere riscurile posibile totodata s-a constatat ca desi pentru

Sonda 7 Pacurari este necesara o instalatie mai mica decat cea aleasa am fost nevoit sa aleg anume

F200-2DH deoarece conditiile tehnico-economice presupun utilizarea tipului utilajului folosit deja

in industria petroliera si standardizat conform normelor STAS si API

2 PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

21 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

34

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

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 arborele 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 [1]

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 MBM 820 cu supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului DH de tipul GF-820+CHC-750-2 sunt

prezentate icircn fig 21 Se analizează dependenţele funcţionale reprezentate de aceste curbe (vezi

aplicatia 13)

35

Fig 2 1 Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului de acţionare de tipul DHformat din GF 820 şi CHC-750-2 pentru reglarea motorului diesel la sarcină plină

şi funcţionarea lui cu gradul maxim de accelerare (la care puterea maximă amotorului este puterea nominală Pn) şi funcţionarea lui cu gradul maxim deaccelerare MI MII ndash momentul dezvoltat la arborele primar (I) respectiv laarborele secundar (II) al CHC ωI ωII ndash viteza unghiulară PI PII ndash puterea

ηCHC ndash randamentul CHC

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (210)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (211)

Tabel 311 Parametrii functionali ai grupului de actionare GF-820 + CHC-750-2

36

Fig 211 Curba caracteristica exterioara a CHC este o caracteristica flexibila cresterea momentului rezistent este

preluata de CHC prin reducerea importanta a vitezei unghiulare a arborelui secundar

Din aceste grafice se deduce ca pentru ηm= 07 DEF al CHC-750-2 reprezentat prin ηCH ϵ

[0700 0847] nII ϵ [275 950] rotmin MII ϵ [14730 4000] kNm

Din datele obinute rezulta avantajele utilizarii CHC in cadrul GA de tipul DH

1 CHC lucreaza ca un variator continuu de viteza adica ωII se modifica automat si continuu odata cu variatia momentului rezistent aplicat arborelui secundar astfel se spune ca CHC isi regleaza regimul de functionare deci CHC permite o autoadaptare a GA la sarcina

2 Utilizarea CHC simplifica lantul cinematic al IF37

3 CHC protejeaza motorul Diesel impotriva suprasarcinilor si a socurilor transmise de la antorul sistemului de lucruinclusive in situatia blocarii secundarului

Fig 212 Curbele caracteristice pentru sarcina plina ale motorului MBM-820 si curba puterii in functie de sarcina plina a aceluiasi motor

22 Alegerea modului de acţionare

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

38

Instalaţiie 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[1]

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

39

Fig 221 Schema structural-functionala a unei instalatii de foraj cu mod de actionare centralizatin varianta MAC2 cu

actionare DH

S-a ales varianta MAC2 in care PN este actionata separat formand impreuna cu GA si transmisiile mecanice respective un grup motopompa (GMP) dupa cum TA este DH vezi 1[1])

23 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

1 pompe centrifuge pentru hidrocicloane2 site vibratoare 3 agitatoare4 pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de foraj5 pompe centrifuge pentru apa6 pompe centrifuge pentru chimicale7 pompe pentru reziduuri8 pompe pentru combustibil9 comanda hidraulica a prevenitoarelor10 instalaţie pentru uscarea aerului11 agregate pentru icircncălzire12 maşini-unelte13 agregat pentru sudura

40

14 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

Tabel 231 Consumatorii auxiliari de forta utilizati in cadrul IF de tipul F200-2DH si puterea lor

NrCrt

Denumirea consumatorilor Puterea motorului

kW

NrmotoarePuterea totala

kW

A Instalatia de foraj propriu-zisa

1 Site virbatoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 10 75

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa racire troliu 75 1 75

5 Pompa apa racire frina hidraulica 75 1 75

6 Pompe instalatie amestec chimicale 3 2 6

7 Pompe combustibil 3 2 6

8 Pompe ulei 15 1 15

9 Pompe de preparare a fluidului de foraj 75 2 150

10 Pompa baterie denisipare 55 1 55

11 Pompa baterie desmiluire 50 1 50

12 Instalatie degazeificare 5 1 5

13 Degazeificator 30 1 30

14 Instalatie de preparare centrifuga 20 3 60

15 Instalatie transport material pulverulent 4 1 4

16 Dispozitiv salvare garnitura 20 1 20

17 Dispozitiv strins-slabit 11 1 11

18 Dispozitiv manevra prajini grele 75 1 75

19 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

20 Pod tubaj reglabil 75 1 75

21 Instalatie comanda prevenitoare 11 1 11

41

22 Instalatie de uscare aer 15 1 15

23 Instalatie iluminat normal 18 1 18

24 Instalatie iluminat siguranta 08 1 08

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

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

PCsAF = 5928 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

24 Calculul puterii instalate

Puterea instalata a IF (Prsquo) reprezinta puterea motoarelor utilizate pentru actionarea

antoarelor principale a celor auxiliare si pentru actionarea celorlalte utilaje si instalatii folosite

pentru executarea diverselor operatii auxiliare

Prsquo = P + PCsAF (241)

P = n Pn (242)

Pn-Puterea nominala a motorului MB820 Pn= 655 kW

n-numarul de motoare folosite

P = (2+2) ∙ PnP = (2 + 2) 655kW = 2620 kW

Prsquo= 2620 kW + 5928 kW = 32128 kW

25 ConcluziiIn capitolul 2 s-au ales grupurile de actionare Alegerea s-a facut pe baza analizei

parametrilor motoarelor si caracteristicile acestora s-a evidentiat modul de utilizare al acestor

grupuri de actionare astfel incat sa fie satisfacute conditiile de tehnologicitate si economicitate

Acest lucru s-a facut pentru a obtine niste parametri de lucru cat se poate eficienti si economici

deoarece in cazul neindeplinirii uneia din conditii se pot intampla atat stagnari ale procesului

normal de foraj (uneori poate chiar si cu consecinte catastrofale) cat si pierderi financiare mari

42

3 ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ SI PREZENTAREA PARAMETRILOR SI CARACTERISTICILOR LOR

31Alegerea capului hidraulic

Fig31 Secţiune prin CH (reprezentare schematică (a) şi reprezentare constructivă (b))1 ndash corp (oală) 2 ndash bolţ 3 ndash toartă (biglu) 4 10 ndash rulment cu role cilindrice (de ghidare) 5 11 ndash garnituri de

etanşare 6 ndash rulment axial principal cu role conice 7 ndash fus 8 ndash reducţie 9 ndash rulment axial secundar cu bile 12 ndash felinar (capac) 13 ndash lulea 14 ndash piuliţă inferioară 15 ndash ţeavă de spălare 16 ndash cutie de etanşare 17 ndash etanşarea icircntre

partea superioară a ţevii de spălare şi lulea 18 ndash piuliţă superioară 19 ndash şuruburi de fixare

Capul hidraulic [1] (CH) este un utilaj care face parte din ansamblul de antrenare a GarF

El reprezinta nodul de legatura intre cele trei echipamente principale (EqPr) ale IF echipamentul

de circulatie (EqC) echipamentul de rotatie (EqR) si de manevra (EqM)

CH este suspendat in ciocul cirligului triplex cu ajutorul toartei sale La randul sau CH sustine

garnitura de foraj prin intermediul reductiei de legatura si al prajinii de antrenare De luleaua CH

se monteaza furtunul de noroi

43

Ca urmare functiunile CH sunt

1 Sustinerea GarF in timpul forajului

2 Permiterea rotatiei GarF

3 Conducerea fluidului de forajsub presiunede la FN la PA prin lulea teava de spalare

fus si RLCHin cazul circulatiei directe

Marimile fizice principale ale CH1 marimile functionale

- sarcina de lucru maxima

- turatia maxima a fusului

- presiunea maxima a fluidului de foraj

2 marimile dimensional-constructive

- diametrul interior al tevii de spalare

- tipo-dimensiulnile de legatura

3 marimile de anduranta

- sarcina limitacapacitatea in functie de rulmentul principal

- durabilitatea rulmentului principal

- durabilitatea etansarii tevii de spalare

Fig 31 Capul hidraulic (CH) montat icircn ciocul cacircrligului icircn timpul forajului

Alegerea capului hidraulic se face pe baza sarcinii maxime de lucru (FCH M

) si trebuie sa echipeze instalatia de foraj F200-2DH [1]

44

FCH M

geF M

(31)

FM =200 tf

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

(32)

Capetele hidraulice construite icircn Romacircnia sunt tipizate conform SR 5736 [66] care este

elaborat icircn concordanţă cu API Spec 8A [67] şi API Spec 8C [68]

Din tab 62 Cap 6 6 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH ndash 320 (ndash40degC) SR 5736

necesar instalaţiei de foraj alese F200

CHndash320 (ndash40degC) SR 5736 este un cap hidraulic echipat cu rulment axial-oscilant cu role

butoi cu sarcina maximă de lucru de 320tf care lucrează icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash

40degC

Conform SR 5736 acest tip de CH se caracterizează şi prin

Sarcina limită sau capacitatea maximă icircn funcţie de rulmentul principal FRLCH=147tf

pM = 35MPa nM = 300 rotmin di = 762 mm LP 4 (filetul de legătură al lulelei cu FF) 6⅝

REG LH (filetul de legătură cu RLCH)

32Alegerea ansamblului macara carlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 32 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]

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia [1]

FMC ge FCM (321)

Din tab32 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32-1250 MC -300 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii

45

Tabel 31 Caracteristicile Ansamblului Macara-Carlig

Tabelul 32 Tipurile de macarale-cacircrlig construite icircn Romacircnia şi caracteristicile lor (cf [69])

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (32)

GMC =8610t middot 981 ms2 = 84464 kN

46

UnMas F200Denumire 5-32MC-300

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300

Nr Roti manevra - 5

Diam cablului mm 32

Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140

Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in f-ie de rulmenti US tonf 347

Masa t 8610

Fig 32 Construcţia ansamblului-cacircrlig mono-bloc 1 ndash cacircrlig triplex 2 ndash bolţ 3 ndash pahar şi rulment axial 4 ndash tijă 5ndash piston 6 ndash arcuri de destindere 7 ndash piesă de legătură icircntre ansamblul cacircrligului şi macara 8 ndash axul macaralei 9 ndash role 10 ndash rulmenţii macaralei 11 ndash plăci laterale

33Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul de foraj reprezinta partea fixa a masinii macara-geamblac Se monteaza in

grupul mastului pe grinzi numite coroana geamblacului Este format dintr-un ax pe care se

monteaza un anumit numar de role (z+1) prin intermediul unor rulmenti Fiecare rola se misca

independent de celelalte (z-numarul de role de la macara) [1]

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

-geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţie romacircnească Avantajul acestui tip

constructiv este acela că este o construcţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

- 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

47

c geamblacul de foraj din două blocuri

- geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se pot roti şi interschimba asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

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

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

a geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

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

b geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

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 ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia [1]

Fig 331 Geamblac cu o roata separata

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 332

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

Alegerea geamblacului de foraj se face in functie de sarcina de lucru maxima de diametrul cablului utilizat de tipul cablului de manevra de tipul macaralei respectiv de tipul ansamblului macara-carlig

48

Pentru instalatia F200-2DH se alege unul din geamblacurile tipizate care sa indeplineasca cerintele impuse

Fig 33 2Geamblac monobloc 1 ndash suport (prin care GF se montează prin şuruburi de coroană ramă) 2ndash ax 3 ndash rolă roată 4 ndash rulment radial-axial cu role conice pe două racircnduri 5 ndash disc distanţier 6 ndash bucşă distanţieră 7 ndash ungător cu bilă (folosit pentru ungerea consistentă a rulmenţilor) (canalele de ungere sunt practicate icircn plan orizontal) 8 ndash placă de presare 9 ndash apărătoare

Pentru instalatia de foraj F 200 se va folosi un geamblac A 6 -32-1250GF-300 (-400C)(vezi [1] cap 54 tab56)adica geamblac de foraj cu 6 roţi role pe ax cu diametrul cablului de manevră de 32 mm

diametrul exterior al rolei de 1250 mm sarcina maximă de lucru 300tfşi temperatura de lucru de ndash

40degC Din tabelul 56 Cap 5 [1]se observă că acest tip de geamblac face parte din clasa

echipamentului (de manevră) 450

Tabel 33 Caracteristicile GeamblaculuiUnMas

Denumire 6-32GF-300Sarcina maxima la coroana geamblacului tf 400

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300Nr Roti manevra - 6

Diam cablului mm 32Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in functie de rulmenti US tonf 416Masa t 28

49

34Alegerea elevatorului 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

Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane de tubare (B-ElPCB) (bdquocasing slip

elevator-spiderrdquo icircn lb en) este o sculă de manevră care se foloseşte icircn timpul tubării puţurilor

atacirct pentru susţinerea coloanei de burlane (CB) ca broască cu pene aşezată pe masa rotativă

(MR) cacirct şi pentru săltarea din penele broaştei şi introducerea coloanei icircn puţ ca elevator (cu

pene) Deci aceste scule se folosesc icircn pereche icircn timpul tubării puţurilor una aşezată pe MR

susţine CB prin icircmpănare icircndeplinind funcţia de broască cu pene (vezi fig 341) iar cealaltă

care este susţinută icircn chiolbaşi avacircnd rolul de elevator (cu pene) se prinde tot prin icircmpănare pe

burlanul care s-a adăugat prin icircnşurubare la coloană saltă CB din broasca cu pene şi o susţine icircn

timpul introducerii ei icircn sondă (vezi fig 342)

Fig 342 Tragerea burlanului pe jilip cu ajutorul unui elevator de tras burlane pentru a fi icircnşurubat icircn

coloana susţinută icircn broasca cu pene

50

Fig 343 Varianta de elevator (cu pene) (cu inel ridicător) a broaştei-elevator cu pene cu două semicorpuri care este susţinută icircn ochiurile inferioare ale chiolbaşilor (11) icircn timpul introducerii coloanei de burlane (12) icircn puţul care se tubează 1 ndash corp carcasă 2 ndash umăr 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă de siguranţă 5 ndash corp de pană 6 ndash bacuri 7 ndash pacirclnie de ghidare 8 ndash cadru ridicător 9 ndash icircmpingătoare 10 ndash mecanism cu pacircrghii de ridicare

Din punct de vedere funcţional se deosebesc tipurile bull broască cu pene (BP) bull elevator cu pene (ElP)

Fig344 Broasca-elevator cu pene

51

In figura 344 este reprezentata Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane (broasca cu pene icircn partea de sus stanga elevatorul cu pene icircn partea dreapta şi vedere de sus a elevatorului cu pene icircn partea de jos) 1ndash corp 2ndash umăr braţ superior 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă (siguranţă pentru chiolbaşi) 5 ndash poartă uşă 6 ndash pene 7 ndash bacuri 8 ndash placă de sprijin (pe masa rotativă) 9 ndash guler de protecţie şi ghidare 10 ndash pacirclnie de ghidare HB ndash icircnălţimea broaştei cu pene HE ndash icircnălţimea elevatorului cu pene l ndash lăţimea broaştei-elevator

Alegerea elevatorului cu pene se face din conditiile urmatoare

FPgtFCBM

(341)

unde

FPleFBminusEl PCB

(342)

Studiind oferta companiei STEROM SA Cacircmpina conform ([1] cap 8 tab88) se alege un elevator cu pene de tipul

B-ElPCB 4frac12 ndash 13⅜ in x 350 ts (9⅝ x 275 ts x 8⅝) (ndash 45ordmC)

icircnseamnă broască-elevator destinată utilizării pentru burlane cu diametrul nominal cuprins

icircntre 4frac12 in şi 13⅜ in (inclusiv) cu sarcina nominală (sarcina maximă de lucru) de 350 ts (320tf)

echipată cu pene set de pene de 958 in cu sarcina nominală (maximă de lucru) de 275 ts (250 tf)

icircn care sunt montate bacuri de 858 in adică această broască-elevator este echipată pentru susţinerea

unei CB de 858 care determină icircn timpul manevrei ei o sarcină maximă la cacircrlig de cel mult 275ts

(250 tf) Ea este executată să lucreze icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash 45 ordmC

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

21t∙981ms2 =20601kN

35 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatorul pentru prăjini de foraj (ElPF) (bdquodrill pipe elevatorrdquo icircn lb en) este o sculă de

manevră care se foloseşte pentru susţinerea garniturii de foraj (GarF) icircn timpul extragerii şi

introducerii ei icircn sondă El prinde sub mufa PF şi este agăţat prin umerii săi icircn ochiurile

inferioare ale chiolbaşilor

ElPF se compune din

52

ndash două corpuri articulate care se icircnchid pe PF prevăzute cu cacircte un umăr cu care se suspendă icircn

ochiurile inferioare (mici) ale chiolbaşilor

ndash icircnchizatorul celor două corpuri

ndash eclise cu bolţuri prinse icircn umeri pentru asigurarea contra ieşirii chiolbaşilor

Elevatoarele se deosebesc prin forma lor modul de icircnchidere a celor două corpuri şi forma

suprafeţei de rezemare a prăjinilor

Din punctul de vedere al icircnchiderii se diferenţiază

ndash ElPF cu icircnchidere centrală (ElPFIcircC)

ndash ElPF cu icircnchidere laterală (ElPFIcircL)

După forma suprafeţei de sprijin al PF se disting

ndash ElPF cu scaun drept (ELPFSD) deci cu suprafaţă de rezemare dreaptă folosite pentru

manevrarea prăjinilor de foraj cu racorduri speciale sudate cu umăr drept (RSSUD) sau cu

racorduri icircnfiletate [1]

Fig 351 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun conic

ndash ElPF cu scaun conic (ElPFSC) care dispun de o suprafaţă de rezemare interioară tronconică cu unghiul de icircnchidere standardizat de 18deg ca şi mufele racordurilor speciale sudate cu umăr conic (RSSUC)

53

Fig 352 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun dreptElevatoarele sunt tipizate prescripţiile generale fiind prevăzute de API Spec 8A [85] şi

Spec 8C [86] Icircn fig 88 este reprezentat un ElPF cu scaun conic iar icircn fig 89 un ElPF cu scaun

drept

In figura 34 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic

Fig 34 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Alegerea elevatorului pentru prajini se face in functie de tipul prajinilor de foraj

1 Daca prajinile sunt cu recorduri speciale infiletate atunci cu scaun drept

2 Daca prajinile sunt cu racorduri speciale sudate atunci cu scaun conic

La alegerea elevatorului trebuie indeplinita conditia

FElgtFGar FMn

(sarcina normala utila de la carlig) (351)

icircn care FGar FM

este sarcina maximă care apare icircn timpul manevrării garniturii pacircnă la adacircncimea

maximă de foraj a puţului respectiv

54

Pentru că prăjinile de foraj sunt cu RSSUC si FGar FM

=122863kN conform tabelului 85

[1] cap 8 se alege un elevator cu scaun conic cu urmatoarea nominalizare

Elevator cu scaun conic 4frac12 x 1214 x 250 adica

elevator cu scaun conic cu dimensiunea nominală de 4frac12 ( pentru prăjini de foraj cu

RSSUC cu diametrul nominal de 4frac12 DPF = 4frac12) cu diametrul interior de 1214 mm (ceea ce

icircnseamnă că se utilizează pentru prăjini cu capetele fie cu II fie cu IEI (conform tabelului 85 cap

8) şi cu sarcina maximă de lucru de 250 tf cu masa mEl=1828kg conform NR 05-1018R STEROM

SA

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

ELpF= mEl middot g (253)

GEl = 1828 kg middot 981 ms2 = 18 kN

36Alegerea chiolbasilor

Chiolbaşii (Ch) (bdquothe drilling linksrdquo bdquoelevator linksrdquo icircn lb en) denumiţi şi bdquobraţele de

elevatorrdquo sunt scule de foraj care fac legătura icircntre cacircrlig şi elevator fiind utilizaţi icircn timpul

manevrei garniturii de foraj (GarF) şi coloanelor de burlane (CB)

Ei se agaţă cu ochiurile superioare de umerii cacircrligului şi susţin cu ochiurile lor inferioare

elevatorul prin umerii acestuia (vezi fig 361) Astfel sarcina datorată GarF sau CB este

preluată prin intermediul elevatorului de către Ch care o transmit cacircrligului [1]

55

Fig 361 Ansamblul format din macara-cacircrlig chiolbaşi şi elevator icircncare este susţinută garnitura de foraj icircn timpul manevrei acesteia

Din punct de vedere al sarcinii de lucru exista 3 tipuri de chiolbasi

1 Usor (sarcini mici)

2 Mediu (sarcini medii)

3 Greu (sarcini mari)

Tipul usor are forma de za alungita iar cel mediu si greu ndash de bara prevazuta la ambele capete cu

ochiuri

Chiolbasii se executa prin forjare in matrita dintr-o singura bucata de otel slab aliat de

constructii pentru a se asigura o rezistenta mare atat prin fibrajul obtinut prin procedeul tehnologic

respective cat si prin compozitie si prin TT folosit

Fig 362 Diferite tipuri de chiolbaşi

Alegerea chiolbasilor se face in functie de sarcina de lucru si de lungimea nominala

Fig 363 Tipurile de chiolbaşi şi dimensiunile lor principale a ndash chiolbaş de tipul uşor b ndash chiolbaş de tipul mediu c ndash chiolbaş de tipul greu C2 ndash raza de curbură interioară a ochiului superior G1 ndash raza de curbură interioară a ochiului

56

inferior D2 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului superior cu umărul cacircrligului H1 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului inferior cu umărul elevatorului d d1 ndash diametrul barei L ndash lungimea de lucru (dintre

punctele de sprijin pe umărul cacircrligului şi pe umărul elevatorului)

Conform normelor prevazute pentru F200-2DH se aleg chiolbasi de tip greu serie Chiolbaşi 69 x 2100 x 320

Gama de sarcini Fch = 320 tf perDimensiuni principale- d1 = 85 mm- C2 = 108 mm

- G1 =70 mm- D2 = 34 mm - H1 = 345 mm- Lungimea totala Lch = 2100 mm- Masa netă informativă mch = 247 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (36)

GCh = 247 kg middot 981 ms2 = 243 kN

37Alegerea cablului de manevra

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

1 la manevră cablul de manevră sau de foraj

2 la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcărit

3 la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancoră

4 pentru rabaterea turlei cablul de praştie

5 la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electrici

Cablurile 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

57

1 de acelaşi diametru 5 la fire2 de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 371)

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

Fig 371 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

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

1 organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)

2 metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)

3 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 ]

58

Fig 372 Cablarea a ndash icircnfăşurarea spre dreapta b ndash icircnfăşurarea spre stacircngac ndash cablarea icircn cruce stacircnga (ZS) d ndash cablarea icircn cruce dreapta (SZ)e ndash cablarea paralelă dreapta (ZZ) f ndash cablarea paralelă stacircnga (SS)

Alegerea cablului se face pe baza sarcinii sale reale minime de rupere (Srm) astfel icircncacirct să fie satisfăcută condiţia de rezistenţă (vezi [1])

Srm gecM middot FM (37)

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

CM - coeficientul de siguranţă pentru operatiile de tubare si instrumentatie care se accepta egal cu

valoarea 2 conform API Spec9B iar FM ste forta maxima din RA a infasurarii cablului Ea se

determina cu expresia[1]

(372)

in care FM este forta totala care actioneaza asupra ramurilor din cablu z ndash nr de role de la macaraηMminusG - randamentul masinii macara-geamblac la ridicareRandamentul masinii macara-geamblac la ridicare se obtine cu relatia (cf[1])

ηMminusG=β2 ∙Zminus1

2 ∙ Z ∙ β2 ∙Z ∙ ( βminus1 ) (373)

unde β este inversul randamentului unei role

β= 1ηRo

(374)

pentru care se admite valoarea β =104 conform API iar ηRo =096 (API) randament role

59

FM=FM

2sdotzsdotηM minusG

Conform tipului de ansamblu MC ales z =5 Atunci rezultă

ηMminusG =

1 04225minus12sdot5sdot1 042sdot5 (1 04minus1 )

=0 811

Forţa F M se calculează cu expresia (conform [1])

FM =F M +GoTsdot(1+

ac(M )

g )

(375)

unde FM

este sarcina maxima utila la carlig GoT - greutatea moarta la tubare g- acceleratia

gravitationala g= 981 ms2 ac(M )

- acceleratia miscarii carligului are valori cuprinse in domeniul

[0515]∙ ms2

Greutatea moartă la tubare se determină ţinacircnd cont de greutatea elementelor ansamblului

MC a chiolbaşilor (Ch) a elevatorului cu pene (ElP) şi a ramurilor de cablu dintre macara şi

geamblac

GoT =

GMC+G ch+GEl P+GCM

(376)

Deoarece la acest moment nu se cunoaşte tipodimensiunea cablului şi ca urmare masa sa unitară se face aproximaţia

GoT iquestGMC+G ch+GEl P (377)

rezulta

GOT=8446 kN+243kN+20601 kN=1075 kN

Ştiind tipul IF se determină

FM

=200tf= 200∙981 =1962kNSe accepta

ac(M )=1 m s2

si se obtine

FM =1962 kN+107 5 kNsdot(1+ 19 81 )=2080 46 kN

60

Se calculeaza

F =

2080 46 kN2sdot5sdot0 811

=256 531 kN

Se determină sarcina reală minimă de rupere necesară a cablului cu formula

Srmnec gecM middot FM (378)

c M=2 ( conform API) si rezulta

Srmnec =2∙256531kN=513062kN

Se alege un cablu Seale cu o măsură a lui Srm astfel icircncacirct să fie icircndeplinită condiţia următoare

Sr mgtSr m nec

(379)

Ca urmare din [1] tabelul 52 se constată că se poate alege

Cablu Seale 6x19-32-1570 SZ STAS1689-80

caracterizat prin

nT=6 nr toroane

n f=19=1+9+9 nr fire din fiecare torondc=32 mm diametrul nominalRm=1570 MPa rezistenta minima de rupere a sarmelorSr m=531 32 kN sarcina reala minima de rupered0=3 mm diametrul sarmelor centraled1=1 45 mm diametrul sarmelor intermediared2=26 mm diametrul sarmelor exterioarem1 C=3 89 kg m masa unitara

Tipul cablării cruce dreapta (SZ) adică sensul de icircnfăşurare a firelor icircn toron este spre stanga(S) iar sensul de icircnfăşurare a toroanelor icircn cablu este spre dreapta (Z)Sr m=531 32gtSr nec=513 062 kN

Deci conditiaSr mgtSr nec este satisfacuta

Se reia calculul pentru verificare

61

Trebuie sa recalculam FM tinand cont si de greutatea cablului GCM

GCM =2sdotzsdotlr CM(M ) sdotqc (3710)

qc - greutatea unitara a cabluluiqc =m1 Csdotg (3711)

qc =3 89 kg msdot9 81 m s2=38 161 N mlr CM(M ) =(15 m+lp )+sminuslb (3712)

lr CM(M )

=(15 m+27 m)+65 mminus9 m=26 m

in care s=65m ndash spatiu de siguranta lb=9m lungimea unui burlanlp=27m lungimea pasului

GCM=2sdot5sdot26 msdot38 161 N m=9 922 kN

GoT=107 5 kN+9 922kN=117 422kN

Pentru IF F200-2DH vom avea

F =

2091 413 kN2sdot5sdot0 811

=257 88 kN

c M=Sr m

F c M=531 32kN

257 88 kN=2 06gtc=2

Tabelul 375 Parametrii caracteristici ai cablurilor Seale 6 x 19 conform STAS 1689-80

38 Alegerea troliului de foraj

62

FN=200sdot9 81kN+117 442kN (1+ 19 81

)=2091 413kN

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

Fig 122Determinarea profiluluistructurii CE de 5 in cu filet L din componenta Sondei 7 cu ajutorul diagramei de tubare a accstui tip de coloana

Tabelul 122 Caracteristicile coloanei de exploatare (CE) de 5rsquorsquo cu filet L

CB3=CE DCE=5 in tip IF-APIL HT3=3500 ρf=1500 kgm3 nT3=7

i 1 2 3 4 5 6 7Li-1 m 0 120 625 1025 1060 1650 2550Li m 120 625 1025 1060 1650 2550 3500

lBI m 120 505 400 35 590 900 950

CBI P110 N80 J55 J55 J55 N80 P110

10

SBi m 752 752 752 643 752 752 752

m1Bi kgm 2234 2234 2234 1936 2234 2234 2234

qBi Nm 219155 219155 219155 189921 219155 219155 219155

GBi kN 26298 110673 87662 6647 85470 19724 208197

GCB3 kN 722187

undentj reprezinta numarul de tronsoane de burlane lBi ndash lungimea fiecarui tronson de burlane

NBi ndash numarul de burlane din fiecare tronson CBi ndash clasa de rezistenta a otelului din care se

confectioneaza burlanele din fiecare tronson sBi ndash grosimea de perete a corpului burlanului din

fiecare tronson m1Bi qBi ndash masagreutatea unitara a burlanelor carecompun fiecare tronson

Fig 122Determinarea profiluluistructurii CB de 858 in cu filet L din componenta Sondei 7

Tabelul 123 Caracteristicile CI de 858 cu filet L

CB2=CI DCI= 858in tip IF-APIL HT =2660 ρf=125tm3 nT2=6

11

i 1 2 3 4 5 6Li-1 m 0 255 580 1040 1560 1955Li m 255 580 1040 1560 1955 2660lBI m 255 325 460 520 395 705CBI N80 J55 J55 J55 N80 N80

SBi m 1016 1016 894 1016 1016 1143m1Bi kgm 5362 5362 4766 5362 5362 5958

qBi Nm 526012 526012 467544 526012 526012 584479GBi kN 134133 170954 215070 273526 207774 412059

GCB3 kN 1413516Greutatea aparentă a CB (GaCB3 equiv GaCE) este greutatea acesteia icircn fluidul de foraj din puţul icircn care se introduce şi se determină cu formula (vezi[1])

Ga CE=GCE ∙(1minus ρ f

ρo) (125)

Rezulta

Ga CE=1413516 kN ∙(1minus125785 )=1188433kN

Se calculează greutatea coloanelor de burlane maximă cu relaţia următoare

GCBM = max (GCI GCE) (126)

GCBM = max (1413516kN 722187kN) = 1413516 kN

13Alegerea sapei pentru forajul putului de exploatare (vezi aplicatia 2)

Conform datelor obtinute in paragrafele 11 si 12 s-au 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 TEE 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 incat 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) asigurand un joc interior minirn (δimCBj-1)

12

Fig 114 Sapă cu role-con cu dantură cu dinţi frezaţi executaţi din corpul rolei

1ndash falcă 2ndash con cu dantură cu dinţi din oţel 3 ndash contracon4 ndash dispozitiv de spălare exterioară cu jet (cu duză)

5 ndash cep cu filet conic 6 ndash umărul cepului (icircmbinării filetate)

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 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 conform codificaţiei specifice

Din tabelul 1 [3] (aplicatia 1) se alege diametrul mufei coloanei de exploatare DMCE

corespunzătoare diametrului nominal al coloanei de exploatare DCE STAS 875 - 86 tab 6 icircn funcţie de tipul filetului

DMCE=1413 mm

Ca urmare se alege o sapă cu trei role pentru roci medii-abrazive (MA) Această sapă trebuie să foreze o gaură care să fie tubată cu o coloană de 5 in = 127 mm Pentru reuşita operaţiei de cimentare se recomandă (conform [11] tabelul 11) un spaţiu inelar cu măsura

δCEr = 15 mm

Se calculează diametrul sapei Ds cu următoarea relaţie

(131)

Conform [1] δCE se poate aprecia cu expresia de forma

δCEcong 012 ∙ DCE

(132)

si se obtine

13

δCEcong 012 ∙ 127 mm=1524 mmcong 15 mm

Se constată că cele două măsuri sunt apropiate Atunci folosind expresia

DS PE=iquestD M CE+2 ∙δCE riquest

(133)

rezulta

DS PE=iquest1413 mm+2 ∙15 mm=1713mmiquest

Dar sapa trebuie să treacă prin interiorul coloanei anterioare de 8⅝Prime (2191 mm) Această

coloană fiind introdusă la adacircncimea de 2660 m rezultă din diagrama de tubare că ultimul său

tronson trebuie să fie alcătuit din burlane cu grosimea maximă de perete de 1143 mm Deci

diametrul interior minim al coloanei intermediare de 8⅝Prime calculat cu relaţia

Di m CI ( I )=iquest D CI( I)minus2 ∙S BM iquest (134)

are măsura

Di m CI ( I )=2191 mmminus2 ∙1143 mm=1962 mm

Folosind tabelul 4 se observă că se poate alege o sapă cu diametrul nominal de 6frac34Prime (1715 mm) cu ajutorul căreia se realizează spaţiul inelar cu măsura recomandată respectiv

δCE=05 ∙ (1715 mmminus1413 mm )=151mm

şi care poate trece prin tronsonul cu diametrul interior minim al CI(I) jocul interior minim

determinat cu relaţia (cf [11])

δ i m CI ( I )=05∙ (Di m CI (I )minusDS PE ) (135)

δ i m CI ( I )=05∙ (1962 mmminus1715 mm )=123 mm

Icircn continuare se alege varianta constructivă de sapă MA- 634 DGJ cu diametrul de 6frac34Prime necesară pentru roci MA Adică o sapă cu dinţi din oţel avacircnd contraconul icircntărit şi prin ştifturi din carburi metalice sinterizate (D) cu lagăre cu alunecare etanşe (G) şi cu spălare exterioară cu fluid de foraj (cu jet) (J)

14

14 Alegerea 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 adancime (AnAd) al GarF

Exista doua variante de executie a PG(vezi [3]aplicatia 4)

1 forjate cu tratament termic de imbunatatire pe toata lungimea2 laminate (din tevi cu pereti grosi) cu tratament termic de normalizare si о imbunatatire

la capetePG se realizeaza in urmatoarele forme constructive

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

Fig 141Prajini grele circulare (PGC)

Tabelul 143 Alegerea diametrului nominal al PG (DPG) icircn funcţie de diametrul sapei

(DS)

Ds mm

1365divide1411

1492divide1615

1615divide1715

2127divide2286

2444divide2508

2695 295 3112 3492 ge3747

DPG mm

114(108)

121divide139

(114divide

133divide146

(121divide

187(159)

203(178)

229(203)

245(219)

245(229)

254(229)

273(254)

15

121) 133)

Alegerea PG inseamna determinarea masurilor urmatoarelor marimi

1 diametrul nominal (DPG)2 diametrul interior (DPGi)3 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 avand 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 cat mai mare a diametrului nominal

2 asigurarea unui spatiu inelar (SI) intre peretele putului si PG cu omasura cat mai mare

pentru ca pierderea de presiune (ΔpSIPG) rezultata la curgerea fiuidului de foraj sa fie cat

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 implicand o masura cat mai mica a diametrului nominal

Pe baza unor cercetari experimentale (cf [2]) efectuate in conditii de santier privind viteza medie

de avansare a sapei (vAv) si timpul de prindere in teren a GarF pentru fiecare sonda (tPrSd) in

functie de raportul D2PG D2

S s-a constatat ca exista un domeniu optim de valori pentru acest

raport

D2PG D2

S =[06 07]

Fig 142Viteza 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 foraj

16

Icircn funcţie de valoarea raportului DPGDS se clasifică (cf [6]) PG şi tipurile de formaţiuni icircn care

se recomandă să se foreze (vezi tabelul 142)

Tabelul 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

Pentru alegerea PGC se recomanda relatia empirica[6]

DPG=DS-25 (142)Pentru forajul putului de exploatare al Sondei 7 se considera ca nu exista pericol de

prindere in formatiunea geologica traversata prin foraj pana la adancimea finala

Avand in vedere tipul de formatiune precizat mai sus conform tabelului 2 se alege PG

supradimensionata cu DPG DS= 089

DPG= 1715mm ndash 25mm =1465mm

Din tabelul 143 conform [6] se alege DPG= 146mm Din tabelul 1 (vezi aplicatia 4) se

alege măsura standardizată a diametrului nominal cea mai apropiată de măsurile rezultate anterior

adică DPG = 1524 mm pentru care exista DPGi isin572 715]mm cu m1PGisin 1234 1115 kgm

Rezultă DPGDS = 08886 089cong

ceea ce este icircn acord cu tipul de PG supradimensionată recomandată pentru formaţiunile

fără pericol de prindere

Se calculeaza greutatea unitara

qPG=m1PG ∙ g (143)

unde

DPGi este diametrul interior prajini grele

- pentru DPGi= 572 mm

q=1234kgm

∙ 981ms=1210554

Nm

=1211kN m

unde g este acceleratia de cadere libera g=981 ms2

- pentru DPGi= 715 mm

q=1115kgm

∙ 981m

s2=1093815

Nm

=1094 kN m

17

Se calculeaza coeficientul pierderii de presiune din interiorul PG cu formula

α PGi=

8π 2

sdotλPG i

DPG i5

in care

(144)

λPGi reprezinta coeficientul de rezistenta hidraulica liniara si are o valoare constanta si anume (conform [1])

λPGi=002

- pentru DPGi= 572 mm

α PGi=

8π 2

sdot 0 02

(5 72sdot10minus2 )5 m5= 8

π2sdot2sdot10minus2sdot1010

5 725 m5= 8

π2sdot20000sdot104

5 725 m5=26475sdot104 mminus5

- pentru DPGi= 715 mm

α PGi=

8π 2

sdot 0 02

(7 15sdot10minus2)5 m5= 8

π2sdot2sdot10minus2sdot1010

7 155 m5= 8

π 2sdot20000sdot104

7 155 m5=0 8675sdot104 mminus5

Daca se alege masura mai mica a diametrului interior atunci lungimea AnAd va fi mai mica

dar fara sa se evite fenomenul de flambaj deoarece aceasta lungime este mai mare decat 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 alege PG cuDPG= 6 in= 1524 mm DPgi = 2 1316 in= 715 mm IFU de tipulNC 44 m1PG = 1115 kgm

Mir=244kNm (momentul de insurubare recomandat) i=W M

( lC)

W C(1905 )=284

Se observa ca i=284gtiopt= 25 ceea ce inseamna ca imbinarea filetata cu umar a PG asigura o rezistenta mare la oboseala in sectiunile sale critice (Vezi [1])

14Verificarea la flambaj a ansamblului de prajini grele

141 Determinarea lungimii ansamblului de adancime

Pe baza datelor obtinute anterior se calculeaza lungimea ansamblului de PG (LAnAd) cu formula (vezi [1])

18

LAn Ad=FS

c L ∙qPG ∙(1minusρf

ρo)∙ (cosθminusμa sinθ)

(151)undeFS este forta de apasare pe sapa ρ f -densitatea fluidului de foraj(150tm3) ρ odensitatea otelului(785tm3) LAnPG este lungimea ansamblului de prăjini grele in m

qPG ndash greutatea unitara a PG CL ndash coeficientul lungime Fs ndash forta de apasare pe sapa Ө - unghiul mediu de deviere al sondei fata de vertical g ndash acceleraţia gravitaţională in ms Densitatea fluidului de foraj se poate aprecia cu expresia empirică(cf [8])

ρ f=125+025∙ ln (H ∙10minus3) (152)

ρ f=[125+025∙ ln (35 ∙ 103 ∙10minus3 ) ] t

m3=1563 t m3

Din conditiile tehnologice se alege ρf =15 tm3 (vezi Ap 1)Se calculeaza greutatea unitara a PG

qPG=m1 PGsdotg (153)

qPG=1115kgm

∙981m

s2=109382

Nmcong 1094

kNm

Se calculează forţa de apăsare pe sapă (cf [8])

FS=(03+7 5sdot10minus5sdotH )sdotDS

(154)

FS=(03+75 ∙ 10minus5 ∙35 ∙103)∙ 1715 kN= 9647 kN

Se calculeaza lungimea ansamblului de PG cu expresia (151)

LAn PG=9647 kN

0 85sdot1 094 kN msdot(1minus 157 85 )sdot(cos 30minus03sdotsin 30)

=130 475 m

Өiquest30

Se determina numarul de PG cu relatia

nPG=L An PG

lPG (155)

Unde lPG reprezinta lungimea unei prajini grele Daca se admite pentru lPG

19

masura normala care este egala cu 9m atunci se obtine

nPG=130 475m9 m

=14 49≃15

Se alege nPG=15 si se recalculeaza LAnPG

LAn PG=15sdot9m=135 mSe recalculeaza coeficientul de lungime al AnPG

c L=96 47 kN

135 msdot1 094kNm

sdot(1minus 157 85 )sdot(cos 30minus03sdotsin 30)

=0 821

si se constata ca valoarea lui se gaseste in domeniul recomandat adica [070 085]

142 Verificarea la flambaj a AnPG (vezi [3] aplicatia5)

Lungimea supusa la compresiune a AnPG este c LsdotLAn PG=0 821sdot135=110 835 m (156)

Se calculeaza lungimea critica de flambaj a AnPG(vezi [1])

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 PGExpresia de sub radical adică

(158)

se numeşte (conform lui N Pacircrvulescu) volum de rigiditate la gravitatie deoarece are dimensiunea unui volum si exprima un caracter de rigiditate al PG

Momentul geometric axial se calculeaza cu formula

I PG= π64

sdot( DPG4 minusDPG i

4 ) (159)

I PG= π64

sdot(15 244minus7 154) cm4=2520 375 cm4≃2 5203sdot10minus5 m4

20

Greutatea unitara aparenta a PG se determina cu formula

qa PG=qPGsdot(1minusρf

ρo) (1510)

Se obtine

qa PG=1 094kNm

sdot(1minus 157 85 )=0 885

kNm

Măsura volumului de rigiditate la gravitaţie al PG este

V PG=21∙ 1011 N

m2∙ 2520375 ∙10minus5 m4

0885∙ 103 Nm

=5981∙ 103 m3

Rezultă imediat măsura lungimii critice de flambaj a AnPG

LAn PG cr=17∙3radic5981∙103 m3=3085 mcong 31 m

Comparand aceasta masura a lungimii critice de flambaj a AnPG cu aceea a lungimii

portiunii din AnPG supuse la compresiune se constata

c LsdotLAn PG=110 835 mgtLAn PG cr=31 m

Ceea ce inseamna ca AnPG flambeaza sub actiunea fortei de apasare pe sapa Avand 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 corector-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 prajinile grele al doilea

al treilea si respectiv al patrulea stabilizator (vezi cap 1fig124 f)

21

Fig 143 Alcătuirea ansamblului de adacircncime al garniturii de foraj

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

Alegerea prajinilor de foraj (vezi Apl 6)Prăjinile de foraj (PF) sunt fabricate din ţevi de oţel laminate la cald icircngroşate la capete Se execută următoarele tipuri de PF [6] ndash PF cu racorduri speciale sudate (prin presiune de contact) (PFRSS) ndash PF cu racorduri speciale filetate (PFRSF)

PFRSS se realizează icircn conformitate cu STAS 80371-80 (bdquoPrăjini de foraj pentru racorduri sudate Clasele de rezistenţă D E şi G-105 Dimensiunirdquo) şi conform normei API 5A ndash pentru PF din clasele de rezistenţă D şi E ndash şi normei API 5AX ndash pentru PF din clasele de rezistenţă X-95 G-105 şi S-135 După forma icircngroşării capetelor PFRSS se execută icircn trei variante (vezi fig 161)

ndash PF cu capete icircngroşate la interior (II) (sau IU ndash Internal Upset conform API) ndash PF cu capete icircngroşate la exterior (IE) (sau EU ndash External Upset conform API) ndash PF cu capete icircngroşate la exterior şi la interior (IEI) (sau IEU ndash Internal- External Upset conform API)

22

Fig 161 Prăjini de foraj cu racorduri speciale sudate (PFRSS) [1] a ndash varianta II (cu capetele icircngroşate la interior) respectiv IU (Internal Upset) conform API b ndash varianta IE (cu capetele icircngroşate la exterior) respectiv EU (External Upset) conform API c ndash varianta IEI (cu capetele icircngroşate la exterior şi la interior) respectiv IEU (Internal-External Upset) conform API

Alte tipuri de PF sunt ndash PF cu perete gros ( Thick Wall Drill-Pipe icircn lb en) ndash PF cu grosimea de perete variabilă ndash PF cu racorduri speciale sudate cu canale elicoidale şi cu perete gros

Racordurile speciale pentru sudare (RSS) de la PF cu II IE şi IEI au tipodimensiunile şi

condiţiile tehnice reglementate icircn STAS 75701-80 (bdquoRacorduri speciale pentru sudare prin contact

la prăjini de foraj din clasele de rezistenţă D şi Erdquo) icircn norma API Spec 7 şi de asemenea icircn

normele interne ale firmelor constructoare RSS se execută icircn două variante constructive (fig

162)

ndash varianta A RSS cu scaun conic

ndash varianta B RSS cu scaun drept

23

Fig 162 Racorduri speciale pentru sudare (RSS) la prăjini de foraj [2] varianta A (cu scaun conic) varianta B (cu scaun drept)

Normele API Spec 7 prevăd RS şi pentru PF confecţionate din oţeluri din clasele de rezistenţă

superioare X-95 G-105 şi S-135

RSS sunt prevăzute cu icircmbinări filetate cu umăr (IcircFU) standardizate icircn STAS 8351-80

Alegerea prăjinilor de foraj

A alege prăjinile de foraj (PF) icircnseamnă a stabili ndash tipul PF

ndash diametrul nominal (DPF) şi grosimea de perete (sPF)

ndash clasa (gradul) de rezistenţă ndash clasa de uzură

ndash intervalul de măsuri ale lungimii

Criteriile pe baza cărora se face alegerea PF sunt următoarele

1) rezistenţă maximă la solicitările statice şi variabile care se asigură prin alegerea

corespunzătoare a tipului de PF a clasei de rezistenţă şi a celei de uzură a PF a intervalului de

măsuri ale lungimii PF şi a unei măsuri a grosimii de perete cacirct mai mari

2) rezistenţă maximă la acţiunea mediului coroziv care impune alegerea corespunzătoare a oţelului

şi dacă este cazul alegerea PF cu acoperiri speciale anticorozive şi de asemenea a unei măsuri a

grosimii de perete cacirct mai mari

3) energie minimă consumată icircn timpul forajului care icircnseamnă

a) energie mecanică de rotaţie minimă care se asigură prin alegerea unor măsuri ale

diametrului nominal şi grosimii de perete cacirct mai mici 24

b) energie hidraulică minimă (consumată prin circulaţia fluidului de foraj)ceea ce

presupune o pierdere de presiune minimă la curgerea fluidului de foraj prin interiorul PF care

determină alegerea unei măsuri cacirct mai mici a grosimii de perete

4) energie minimă consumată icircn timpul manevrei GarF ceea ce presupune alegerea PF cu măsura

minimă a masei unitare

Diametrul nominal al PF reprezinta diametrul exterior al corpului PF DPF=DPFe (161)

Diametrul nominal al PF se determina in functie de Dsmasurile orientative fiind date in tabelul de mai jos

Ds mm 150170 150200 175225 200250 225300 gt250DPF mm(in) 889(3 frac12) 1016(4) 1143(4 frac12) 127(5) 1397(5 frac12) 1683(658)

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

Pentru diametrul sapei de foraj determinat icircn subcapitolul anterior Ds= 1715 mm = 634rdquo se alege diametrul nominal al prăjinii de foraj DPF =4 frac12rdquo = 1143 mm

Din STAS 8037 ndash 88 (vezi aplicatia 5 tabelul 1) se alege diametrul nominal standardizat 412rdquo E 75 cu urmatoarele caracteristici

- masa cu racorduri m1PF= 33 Kgm

- grosimea peretelui s= 1092 mm

- diametrul interior DPfi= 9246=925 mm

- aria prăjinii de foraj A= 3547 mm2

- modulul de rezistentă WP= 10583 cm3

- tipul icircngroşării EU

- gradul de rezistenta E 75

- presiunea exterioara limita pel= 894 bar= 894MPa

- presiunea interioara limita pil= 865 bar =865MPa

- forţa de tracţiune limita FtcL= 1834 kN

- momentul de torsiune limita MtLPF= 5003 kNm

- tipodimensiunea IFU a RSS NC46 (4IF)

Solicitari care duc la limita de curgere a RSS

- momentul de insurubare limita dpdv al curgerii materialului RSS

25

M i RS L=53 69 kNm

FtRSL = 4 664 kN (forţa de tracţiune limită dpdv al curgerii materialului RSS)

- momentul de insurubare recomandatM i r=27 3 kNm

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)

Se obtine

APF=π4sdot(114 32 mmminus92 462 mm)=3547 mm2

Se determina modulul de rezistenta polar al sectiunii transversale a corpului PF cu formula

W p=I p

DPF

2

(162)

unde I p este momentul geometric polar al sectiunii transversale a corpului PF

I p=π32

∙( DPF4 minusDPFi

4 )= π32

∙ DPF4 ∙[1minus( DPFi

DPF)

4] (163)

I p=π

32sdot114 34 mmsdot[1minus(925 mm

114 3 mm )4 ]=9569240 653 mm4=956 924 mm3

deci

W p=π

16sdotDPF

3 sdot[1minus( DPF i

DPF)

4]

(164)

Rezulta

W p=π

16sdot114 33sdot[1minus(92 5

114 3 )4]=167658 175 mm3

Calculul tensiunii de tractiune

σ tcl=F tcl

APF

(165)

26

σ tcl=1834 kN

3547 mm2 =1834 ∙ 103 N3547 mm2 =517056 ∙106 Pa

Aceasta tensiune arata limita de curgere minima conform tabelului cu caracteristicile

mecanice ale prajinilor de foraj pentru clasa de rezistenta E75 (vezi aplicatia 6) Limita de curgere

trebuie sa se situeze in intervalul 517hellip724 In cazul nostrum limita este 517 MPa care se

incadreaza intre valorile recomandate

-calculul tensiunii tangentiale τ=G∙θ ∙ r (166)

θ=M t

G ∙ I p

(16 7)

Unde G este modulul de elasticitate transversal al materialului din care se confectioneaza PFPentru otel G= 81010 Paθ- torsiunea specificar- raza punctului considerat din sectiunea transversala a corpului PF

θ= 5003∙ 103 Nm8 ∙ 1010 N m2 ∙ 0956∙ 10minus5m4 =653 ∙ 10minus2 1

m

τ=8 ∙1010 N

m2∙ 653 ∙ 10minus2 mminus1∙ 5785∙ 10minus2m=29855106

N

m2

Aceasta tensiune reprezinta tensiunea tangentiala de curgere

Lungimea ansamblului superior utilizat pentru forajul putului de exploatare se determina cu

expresia

LAn S=H MminusLAn PG (168) LAn S=3500 mminus162 m=3338 m

Se calculeaza numarul de PF

nPF=

LAn S

lPF (169)Considerand ca lungimea unei prajini este cea normala adica 9m se obtine

nPF=3338

9=37088

Se alege nPF=371 si se recalculeaza lungimea AnS

LAnS=371∙9m=3339 m

27

17Alegerea 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

garnitura stanga) [1]

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 masa rotativă 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 (658 REG) in timpul forajului după tubarea unei coloane de burlane prăjina

de antrenare trebuie uneori schimbată ndash diametrul cepului 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 de lucru 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 [1]

28

Fig 171 Prăjina de antrenare forjată a ndash pătrată b ndash hexagonală

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

Alegerea 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-cep

Se prefera alegerea unei prajini de antrenare forjate deoarece nu necesita reductii de legatura

proprii asa cum este cazul prajinii laminate

29

Fig172 Reducţii de legătură icircntre prăjina de antrenare (PA) şi racordul special (RS) denumite RLRS a ndash

reducţie dreaptă (pentru icircmbinări filetate cu aceleaşi dimensiuni) b ndash reducţie icircn trepte (pentru icircmbinări filetate cu

dimensiuni diferite)

Se alege o prajina de antrenare forjata patrata avand elementul de imbinare superioara de

tipul mufa cu filet stanga de tipul 658 REG pentru asamblarea cu reductie cap hidraulic(RLCH)

Pentru ansamblul superior al garniturii de foraj s-a stabilit ca se iau prajini de foraj de 4 12 in cu

racorduri speciale sudare(RSS) cu IEI si tipodimensiunea IFU NC 46

Ca urmare conform tabelului 1 aplicatia 7 se alege prajina de antrenare in varianta

constructiva 1(standard) cu dimensiunea nominala de 4 frac14 in Se foloseste o RLPA dreapta de

tipul mufa(NC46)-cep(NC46) ca in figura 172 a

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 infDPA

mm(in)DPAi mm

a mm

lPA m

mPAkg

1cep

6 58 REGmufăNC46

mufă6 58

REG

cepNC46

A (dreapta) NC46-NC46

108(4 14)

714 108 12192 800

30

18 Alegerea tipului de instalatie de foraj

Instalaţia de foraj reprezintă totalitatea maşinilor utilajelor si instalaţiilor necesare săpării unei sonde

Studiul pe sisteme al instalaţiilor de foraj corespunde principalelor operaţii care se efectuează

pentru forarea unei sonde precum si principalelor grupe de maşini si utilaje care intra in

componenta acestor instalaţii

Sistemele de lucru ale unei instalaţii de foraj sunt

1 Sistemul de manevra mdash SM- cu ajutorul căruia se realizează ridicarea si coboracircrea

sarcinilor

2 Sistemul de circulaţie - SC - care asigura circulaţia fluidului de foraj

3 Sistemul de rotire - SR - care realizează rotirea garniturii de prăjini in timpul forajului

In cazul instalaţiilor de foraj transportabile apare si sistemul de transport

Pentru asigurarea condiţiilor de funcţionare a sistemelor de lucru instalaţia de foraj mai

cuprinde sistemul de comenzi instalaţia de preparare si curăţare a fluidului de foraj dispozitive

de mecanizare si automatizare ansamblul de scule materialul tubular [1]

Alegerea instalaţiei de foraj se face pe baza sarcinii maxime utile (sarcinii maxime de lucru) FM (V APLICATIA 9)

In aplicatiile anterioare s-au determinat greutatile fiecarei coloane de burlane si anume

GCI(I)= 1413516 kN GCE= 722187kN

Rezulta ca cea mai grea CB GCBM=max GCI(I) GCE=1413516 kN

S-au ales pentru forajul putului de exploatare prajini grele cu DPG=6 in=1524 mm

DPGi=2 1316 in= 715 mm m1PG = 1115 kgm qPG=1094kNm LAnPG=135 m

Se determina greutatea AnPG

GAn PG=qPGsdotL An PG

(181)

si se obtine

GAnPG=1094kNm135m=14769kN

Greutatea unitara a PFse calculeaza folosind formula

qPF=m1 PFsdotg (182)

qPF=33kgm

sdot9 81m

s2=323 73

Nm

31

Greutatea AnS va fi

GAn S=qPFsdotLAn S (183)

GAn S=323 73Nm

sdot3 339sdot103 m=1080 934kN

Greutatea GarF se obtine insumand greutatea AnPG si greutatea AnS

GGar F=GAn PG+GAn S (184)

Se obtine

GGar F=147 69 kN+1080 934 kN=1228 624 kN

Se considera ca cea mai grea GarF este garnitura utilizata pentru forajul putului de exploatare

GGar F M=1228 624 kN

Alegerea IF se face pe baza sarcinii nominale de la carlig si a tipului de actionare

FM =max FM T FM D (185)

Sarcina maxima utila de tubare se calculeaza cu formula[1]

FM T

=GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+(1+kmf( M ) )sdot

ac

( M )

g ] (186)

in care

k r(M )estecoeficientul fortei de frecare la ridicarea coloanei de burlane intre peretele putului si

fluidul de foraj k mf(M )minusiquestcoeficientul de masa al fluidului de foraj din interiorul coloanei aderent la

coloana ac(M )- acceleratia miscarii carligului in cazul ridicarii sarcinii normale

kDij- coeficientul diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

ρ0 ndashdensitatea otelului din care sunt confectionate burlanele

ρf -densitatea fluidului de foraj

Coloana fiind considerată plină cu fluid de foraj cu aceeaşi măsură a densităţii ca şi aceea

din interiorul puţului forat coeficientul k mf(M ) se determină cu formula [1]

k m f=ρf

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1] (187)

unde DCB este diametrul nominal al CB GCBM ndash greutatea celei mai grele coloane de burlane Sfa- grosimea startului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al coloanei de burlane

32

LCB ndash lungimea CB lj ndash lungimea tronsonului de ordinul j kDij ndash coef diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

K Dij=Dibj

DCB

(188)

Pentru CI(I) de 858in vom avea

DCI(I)=858in= 2191 mmntCI(I)=6

sB jisin 10 16 10 16 8 94 10 16 10 16 11 43 mmDi B jisin 198 8 198 8 2012 198 8198 8 196 8 mm

k Di jisin 0 907 0 907 0 918 0 907 0 907 0 898 l jisin 255 325 460 520 395 705 m

LCI(I)=HCI(I)=2660m

=125tm3

sf a=0 653 mm grosimea stratului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al CB

iquestsumj=1

6

(1minusk Di j2 )sdotl j=

(1-09072)sdot255+(1minus09072 )sdot325+(1-09182 )sdot460+ (1minus09072 )sdot52 0++ (1-09072)sdot39 5+(1minus0 8982)sdot705=473 972 m

Se admite

k r(M )=02

si ac

(lt M )=1 ms2 Se obţine

Sarcina maxima utila la tubare

FM T =1413 516 kN sdot[(1minus1 25 t m3

7 85 t m3 )sdot(1+02 )+ (1+0 745 )sdot 19 81 ]=1677 556 kN

Sarcina maxima utila de degajare a celei mai grele garnituri de foraj se determina cu relatia[1]

FM D =GGar F Msdot(1minus ρ f

ρo)+FD M

FD M este forta de degajare maxima FD M =300kN

33

k m f(M )=

ρ f

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

5

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1]=

Măsura lui FDM se apreciază icircn funcţie de măsura lui HM conform tabelului 1 aplicatia 9

FM D =1228 624 kNsdot(1minus1 25 t m3

7 85 t m3)+300 kN=1332 983

kN

Conform rezultatelor de mai sus se obtineFM

=max 1677 556 1332983 kN=1677 556 kN 9 81≃171 0047 tf

Ca urmare se poate alege o IF transportabilă pe cale terestră pe subansamble (SAn) din clasa F 200 (vezi [1])

Tipul acţionării se alege icircn funcţie de posibilitatea de alimentare cu energie electrică a IF icircn

zona de amplasare de instalaţiile aflate icircn dotarea firmei de foraj şi de costul comparativ al

combustibilului şi al energiei electrice din perioada cacircnd o să lucreze instalaţia icircn situaţia icircn care

firma dispune de instalaţii cu acţionări neautonome sau autonome

Se admite că situaţia din zona de amplasament a IF impune o acţionare de tipul DH Avacircnd

icircn vedere acest lucru rezultă că se poate alege o IF de tipul

F-200-2DH (T(SAn))

19 Concluzii

Pe baza datelor luate din materialul didactic si standardele nationale cat si internationale s-a

facut un calcul teoretic de alegere al instalatiei de foraj Luand in consideratie ca mediul real poate

aduce un aport negativ asupra calculelor teoretice in rezultatele prezentate mai sus s-au luat niste

coeficienti de siguranta care sa acopere riscurile posibile totodata s-a constatat ca desi pentru

Sonda 7 Pacurari este necesara o instalatie mai mica decat cea aleasa am fost nevoit sa aleg anume

F200-2DH deoarece conditiile tehnico-economice presupun utilizarea tipului utilajului folosit deja

in industria petroliera si standardizat conform normelor STAS si API

2 PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

21 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

34

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

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 arborele 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 [1]

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 MBM 820 cu supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului DH de tipul GF-820+CHC-750-2 sunt

prezentate icircn fig 21 Se analizează dependenţele funcţionale reprezentate de aceste curbe (vezi

aplicatia 13)

35

Fig 2 1 Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului de acţionare de tipul DHformat din GF 820 şi CHC-750-2 pentru reglarea motorului diesel la sarcină plină

şi funcţionarea lui cu gradul maxim de accelerare (la care puterea maximă amotorului este puterea nominală Pn) şi funcţionarea lui cu gradul maxim deaccelerare MI MII ndash momentul dezvoltat la arborele primar (I) respectiv laarborele secundar (II) al CHC ωI ωII ndash viteza unghiulară PI PII ndash puterea

ηCHC ndash randamentul CHC

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (210)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (211)

Tabel 311 Parametrii functionali ai grupului de actionare GF-820 + CHC-750-2

36

Fig 211 Curba caracteristica exterioara a CHC este o caracteristica flexibila cresterea momentului rezistent este

preluata de CHC prin reducerea importanta a vitezei unghiulare a arborelui secundar

Din aceste grafice se deduce ca pentru ηm= 07 DEF al CHC-750-2 reprezentat prin ηCH ϵ

[0700 0847] nII ϵ [275 950] rotmin MII ϵ [14730 4000] kNm

Din datele obinute rezulta avantajele utilizarii CHC in cadrul GA de tipul DH

1 CHC lucreaza ca un variator continuu de viteza adica ωII se modifica automat si continuu odata cu variatia momentului rezistent aplicat arborelui secundar astfel se spune ca CHC isi regleaza regimul de functionare deci CHC permite o autoadaptare a GA la sarcina

2 Utilizarea CHC simplifica lantul cinematic al IF37

3 CHC protejeaza motorul Diesel impotriva suprasarcinilor si a socurilor transmise de la antorul sistemului de lucruinclusive in situatia blocarii secundarului

Fig 212 Curbele caracteristice pentru sarcina plina ale motorului MBM-820 si curba puterii in functie de sarcina plina a aceluiasi motor

22 Alegerea modului de acţionare

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

38

Instalaţiie 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[1]

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

39

Fig 221 Schema structural-functionala a unei instalatii de foraj cu mod de actionare centralizatin varianta MAC2 cu

actionare DH

S-a ales varianta MAC2 in care PN este actionata separat formand impreuna cu GA si transmisiile mecanice respective un grup motopompa (GMP) dupa cum TA este DH vezi 1[1])

23 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

1 pompe centrifuge pentru hidrocicloane2 site vibratoare 3 agitatoare4 pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de foraj5 pompe centrifuge pentru apa6 pompe centrifuge pentru chimicale7 pompe pentru reziduuri8 pompe pentru combustibil9 comanda hidraulica a prevenitoarelor10 instalaţie pentru uscarea aerului11 agregate pentru icircncălzire12 maşini-unelte13 agregat pentru sudura

40

14 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

Tabel 231 Consumatorii auxiliari de forta utilizati in cadrul IF de tipul F200-2DH si puterea lor

NrCrt

Denumirea consumatorilor Puterea motorului

kW

NrmotoarePuterea totala

kW

A Instalatia de foraj propriu-zisa

1 Site virbatoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 10 75

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa racire troliu 75 1 75

5 Pompa apa racire frina hidraulica 75 1 75

6 Pompe instalatie amestec chimicale 3 2 6

7 Pompe combustibil 3 2 6

8 Pompe ulei 15 1 15

9 Pompe de preparare a fluidului de foraj 75 2 150

10 Pompa baterie denisipare 55 1 55

11 Pompa baterie desmiluire 50 1 50

12 Instalatie degazeificare 5 1 5

13 Degazeificator 30 1 30

14 Instalatie de preparare centrifuga 20 3 60

15 Instalatie transport material pulverulent 4 1 4

16 Dispozitiv salvare garnitura 20 1 20

17 Dispozitiv strins-slabit 11 1 11

18 Dispozitiv manevra prajini grele 75 1 75

19 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

20 Pod tubaj reglabil 75 1 75

21 Instalatie comanda prevenitoare 11 1 11

41

22 Instalatie de uscare aer 15 1 15

23 Instalatie iluminat normal 18 1 18

24 Instalatie iluminat siguranta 08 1 08

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

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

PCsAF = 5928 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

24 Calculul puterii instalate

Puterea instalata a IF (Prsquo) reprezinta puterea motoarelor utilizate pentru actionarea

antoarelor principale a celor auxiliare si pentru actionarea celorlalte utilaje si instalatii folosite

pentru executarea diverselor operatii auxiliare

Prsquo = P + PCsAF (241)

P = n Pn (242)

Pn-Puterea nominala a motorului MB820 Pn= 655 kW

n-numarul de motoare folosite

P = (2+2) ∙ PnP = (2 + 2) 655kW = 2620 kW

Prsquo= 2620 kW + 5928 kW = 32128 kW

25 ConcluziiIn capitolul 2 s-au ales grupurile de actionare Alegerea s-a facut pe baza analizei

parametrilor motoarelor si caracteristicile acestora s-a evidentiat modul de utilizare al acestor

grupuri de actionare astfel incat sa fie satisfacute conditiile de tehnologicitate si economicitate

Acest lucru s-a facut pentru a obtine niste parametri de lucru cat se poate eficienti si economici

deoarece in cazul neindeplinirii uneia din conditii se pot intampla atat stagnari ale procesului

normal de foraj (uneori poate chiar si cu consecinte catastrofale) cat si pierderi financiare mari

42

3 ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ SI PREZENTAREA PARAMETRILOR SI CARACTERISTICILOR LOR

31Alegerea capului hidraulic

Fig31 Secţiune prin CH (reprezentare schematică (a) şi reprezentare constructivă (b))1 ndash corp (oală) 2 ndash bolţ 3 ndash toartă (biglu) 4 10 ndash rulment cu role cilindrice (de ghidare) 5 11 ndash garnituri de

etanşare 6 ndash rulment axial principal cu role conice 7 ndash fus 8 ndash reducţie 9 ndash rulment axial secundar cu bile 12 ndash felinar (capac) 13 ndash lulea 14 ndash piuliţă inferioară 15 ndash ţeavă de spălare 16 ndash cutie de etanşare 17 ndash etanşarea icircntre

partea superioară a ţevii de spălare şi lulea 18 ndash piuliţă superioară 19 ndash şuruburi de fixare

Capul hidraulic [1] (CH) este un utilaj care face parte din ansamblul de antrenare a GarF

El reprezinta nodul de legatura intre cele trei echipamente principale (EqPr) ale IF echipamentul

de circulatie (EqC) echipamentul de rotatie (EqR) si de manevra (EqM)

CH este suspendat in ciocul cirligului triplex cu ajutorul toartei sale La randul sau CH sustine

garnitura de foraj prin intermediul reductiei de legatura si al prajinii de antrenare De luleaua CH

se monteaza furtunul de noroi

43

Ca urmare functiunile CH sunt

1 Sustinerea GarF in timpul forajului

2 Permiterea rotatiei GarF

3 Conducerea fluidului de forajsub presiunede la FN la PA prin lulea teava de spalare

fus si RLCHin cazul circulatiei directe

Marimile fizice principale ale CH1 marimile functionale

- sarcina de lucru maxima

- turatia maxima a fusului

- presiunea maxima a fluidului de foraj

2 marimile dimensional-constructive

- diametrul interior al tevii de spalare

- tipo-dimensiulnile de legatura

3 marimile de anduranta

- sarcina limitacapacitatea in functie de rulmentul principal

- durabilitatea rulmentului principal

- durabilitatea etansarii tevii de spalare

Fig 31 Capul hidraulic (CH) montat icircn ciocul cacircrligului icircn timpul forajului

Alegerea capului hidraulic se face pe baza sarcinii maxime de lucru (FCH M

) si trebuie sa echipeze instalatia de foraj F200-2DH [1]

44

FCH M

geF M

(31)

FM =200 tf

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

(32)

Capetele hidraulice construite icircn Romacircnia sunt tipizate conform SR 5736 [66] care este

elaborat icircn concordanţă cu API Spec 8A [67] şi API Spec 8C [68]

Din tab 62 Cap 6 6 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH ndash 320 (ndash40degC) SR 5736

necesar instalaţiei de foraj alese F200

CHndash320 (ndash40degC) SR 5736 este un cap hidraulic echipat cu rulment axial-oscilant cu role

butoi cu sarcina maximă de lucru de 320tf care lucrează icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash

40degC

Conform SR 5736 acest tip de CH se caracterizează şi prin

Sarcina limită sau capacitatea maximă icircn funcţie de rulmentul principal FRLCH=147tf

pM = 35MPa nM = 300 rotmin di = 762 mm LP 4 (filetul de legătură al lulelei cu FF) 6⅝

REG LH (filetul de legătură cu RLCH)

32Alegerea ansamblului macara carlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 32 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]

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia [1]

FMC ge FCM (321)

Din tab32 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32-1250 MC -300 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii

45

Tabel 31 Caracteristicile Ansamblului Macara-Carlig

Tabelul 32 Tipurile de macarale-cacircrlig construite icircn Romacircnia şi caracteristicile lor (cf [69])

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (32)

GMC =8610t middot 981 ms2 = 84464 kN

46

UnMas F200Denumire 5-32MC-300

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300

Nr Roti manevra - 5

Diam cablului mm 32

Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140

Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in f-ie de rulmenti US tonf 347

Masa t 8610

Fig 32 Construcţia ansamblului-cacircrlig mono-bloc 1 ndash cacircrlig triplex 2 ndash bolţ 3 ndash pahar şi rulment axial 4 ndash tijă 5ndash piston 6 ndash arcuri de destindere 7 ndash piesă de legătură icircntre ansamblul cacircrligului şi macara 8 ndash axul macaralei 9 ndash role 10 ndash rulmenţii macaralei 11 ndash plăci laterale

33Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul de foraj reprezinta partea fixa a masinii macara-geamblac Se monteaza in

grupul mastului pe grinzi numite coroana geamblacului Este format dintr-un ax pe care se

monteaza un anumit numar de role (z+1) prin intermediul unor rulmenti Fiecare rola se misca

independent de celelalte (z-numarul de role de la macara) [1]

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

-geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţie romacircnească Avantajul acestui tip

constructiv este acela că este o construcţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

- 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

47

c geamblacul de foraj din două blocuri

- geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se pot roti şi interschimba asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

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

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

a geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

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

b geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

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 ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia [1]

Fig 331 Geamblac cu o roata separata

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 332

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

Alegerea geamblacului de foraj se face in functie de sarcina de lucru maxima de diametrul cablului utilizat de tipul cablului de manevra de tipul macaralei respectiv de tipul ansamblului macara-carlig

48

Pentru instalatia F200-2DH se alege unul din geamblacurile tipizate care sa indeplineasca cerintele impuse

Fig 33 2Geamblac monobloc 1 ndash suport (prin care GF se montează prin şuruburi de coroană ramă) 2ndash ax 3 ndash rolă roată 4 ndash rulment radial-axial cu role conice pe două racircnduri 5 ndash disc distanţier 6 ndash bucşă distanţieră 7 ndash ungător cu bilă (folosit pentru ungerea consistentă a rulmenţilor) (canalele de ungere sunt practicate icircn plan orizontal) 8 ndash placă de presare 9 ndash apărătoare

Pentru instalatia de foraj F 200 se va folosi un geamblac A 6 -32-1250GF-300 (-400C)(vezi [1] cap 54 tab56)adica geamblac de foraj cu 6 roţi role pe ax cu diametrul cablului de manevră de 32 mm

diametrul exterior al rolei de 1250 mm sarcina maximă de lucru 300tfşi temperatura de lucru de ndash

40degC Din tabelul 56 Cap 5 [1]se observă că acest tip de geamblac face parte din clasa

echipamentului (de manevră) 450

Tabel 33 Caracteristicile GeamblaculuiUnMas

Denumire 6-32GF-300Sarcina maxima la coroana geamblacului tf 400

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300Nr Roti manevra - 6

Diam cablului mm 32Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in functie de rulmenti US tonf 416Masa t 28

49

34Alegerea elevatorului 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

Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane de tubare (B-ElPCB) (bdquocasing slip

elevator-spiderrdquo icircn lb en) este o sculă de manevră care se foloseşte icircn timpul tubării puţurilor

atacirct pentru susţinerea coloanei de burlane (CB) ca broască cu pene aşezată pe masa rotativă

(MR) cacirct şi pentru săltarea din penele broaştei şi introducerea coloanei icircn puţ ca elevator (cu

pene) Deci aceste scule se folosesc icircn pereche icircn timpul tubării puţurilor una aşezată pe MR

susţine CB prin icircmpănare icircndeplinind funcţia de broască cu pene (vezi fig 341) iar cealaltă

care este susţinută icircn chiolbaşi avacircnd rolul de elevator (cu pene) se prinde tot prin icircmpănare pe

burlanul care s-a adăugat prin icircnşurubare la coloană saltă CB din broasca cu pene şi o susţine icircn

timpul introducerii ei icircn sondă (vezi fig 342)

Fig 342 Tragerea burlanului pe jilip cu ajutorul unui elevator de tras burlane pentru a fi icircnşurubat icircn

coloana susţinută icircn broasca cu pene

50

Fig 343 Varianta de elevator (cu pene) (cu inel ridicător) a broaştei-elevator cu pene cu două semicorpuri care este susţinută icircn ochiurile inferioare ale chiolbaşilor (11) icircn timpul introducerii coloanei de burlane (12) icircn puţul care se tubează 1 ndash corp carcasă 2 ndash umăr 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă de siguranţă 5 ndash corp de pană 6 ndash bacuri 7 ndash pacirclnie de ghidare 8 ndash cadru ridicător 9 ndash icircmpingătoare 10 ndash mecanism cu pacircrghii de ridicare

Din punct de vedere funcţional se deosebesc tipurile bull broască cu pene (BP) bull elevator cu pene (ElP)

Fig344 Broasca-elevator cu pene

51

In figura 344 este reprezentata Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane (broasca cu pene icircn partea de sus stanga elevatorul cu pene icircn partea dreapta şi vedere de sus a elevatorului cu pene icircn partea de jos) 1ndash corp 2ndash umăr braţ superior 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă (siguranţă pentru chiolbaşi) 5 ndash poartă uşă 6 ndash pene 7 ndash bacuri 8 ndash placă de sprijin (pe masa rotativă) 9 ndash guler de protecţie şi ghidare 10 ndash pacirclnie de ghidare HB ndash icircnălţimea broaştei cu pene HE ndash icircnălţimea elevatorului cu pene l ndash lăţimea broaştei-elevator

Alegerea elevatorului cu pene se face din conditiile urmatoare

FPgtFCBM

(341)

unde

FPleFBminusEl PCB

(342)

Studiind oferta companiei STEROM SA Cacircmpina conform ([1] cap 8 tab88) se alege un elevator cu pene de tipul

B-ElPCB 4frac12 ndash 13⅜ in x 350 ts (9⅝ x 275 ts x 8⅝) (ndash 45ordmC)

icircnseamnă broască-elevator destinată utilizării pentru burlane cu diametrul nominal cuprins

icircntre 4frac12 in şi 13⅜ in (inclusiv) cu sarcina nominală (sarcina maximă de lucru) de 350 ts (320tf)

echipată cu pene set de pene de 958 in cu sarcina nominală (maximă de lucru) de 275 ts (250 tf)

icircn care sunt montate bacuri de 858 in adică această broască-elevator este echipată pentru susţinerea

unei CB de 858 care determină icircn timpul manevrei ei o sarcină maximă la cacircrlig de cel mult 275ts

(250 tf) Ea este executată să lucreze icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash 45 ordmC

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

21t∙981ms2 =20601kN

35 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatorul pentru prăjini de foraj (ElPF) (bdquodrill pipe elevatorrdquo icircn lb en) este o sculă de

manevră care se foloseşte pentru susţinerea garniturii de foraj (GarF) icircn timpul extragerii şi

introducerii ei icircn sondă El prinde sub mufa PF şi este agăţat prin umerii săi icircn ochiurile

inferioare ale chiolbaşilor

ElPF se compune din

52

ndash două corpuri articulate care se icircnchid pe PF prevăzute cu cacircte un umăr cu care se suspendă icircn

ochiurile inferioare (mici) ale chiolbaşilor

ndash icircnchizatorul celor două corpuri

ndash eclise cu bolţuri prinse icircn umeri pentru asigurarea contra ieşirii chiolbaşilor

Elevatoarele se deosebesc prin forma lor modul de icircnchidere a celor două corpuri şi forma

suprafeţei de rezemare a prăjinilor

Din punctul de vedere al icircnchiderii se diferenţiază

ndash ElPF cu icircnchidere centrală (ElPFIcircC)

ndash ElPF cu icircnchidere laterală (ElPFIcircL)

După forma suprafeţei de sprijin al PF se disting

ndash ElPF cu scaun drept (ELPFSD) deci cu suprafaţă de rezemare dreaptă folosite pentru

manevrarea prăjinilor de foraj cu racorduri speciale sudate cu umăr drept (RSSUD) sau cu

racorduri icircnfiletate [1]

Fig 351 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun conic

ndash ElPF cu scaun conic (ElPFSC) care dispun de o suprafaţă de rezemare interioară tronconică cu unghiul de icircnchidere standardizat de 18deg ca şi mufele racordurilor speciale sudate cu umăr conic (RSSUC)

53

Fig 352 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun dreptElevatoarele sunt tipizate prescripţiile generale fiind prevăzute de API Spec 8A [85] şi

Spec 8C [86] Icircn fig 88 este reprezentat un ElPF cu scaun conic iar icircn fig 89 un ElPF cu scaun

drept

In figura 34 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic

Fig 34 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Alegerea elevatorului pentru prajini se face in functie de tipul prajinilor de foraj

1 Daca prajinile sunt cu recorduri speciale infiletate atunci cu scaun drept

2 Daca prajinile sunt cu racorduri speciale sudate atunci cu scaun conic

La alegerea elevatorului trebuie indeplinita conditia

FElgtFGar FMn

(sarcina normala utila de la carlig) (351)

icircn care FGar FM

este sarcina maximă care apare icircn timpul manevrării garniturii pacircnă la adacircncimea

maximă de foraj a puţului respectiv

54

Pentru că prăjinile de foraj sunt cu RSSUC si FGar FM

=122863kN conform tabelului 85

[1] cap 8 se alege un elevator cu scaun conic cu urmatoarea nominalizare

Elevator cu scaun conic 4frac12 x 1214 x 250 adica

elevator cu scaun conic cu dimensiunea nominală de 4frac12 ( pentru prăjini de foraj cu

RSSUC cu diametrul nominal de 4frac12 DPF = 4frac12) cu diametrul interior de 1214 mm (ceea ce

icircnseamnă că se utilizează pentru prăjini cu capetele fie cu II fie cu IEI (conform tabelului 85 cap

8) şi cu sarcina maximă de lucru de 250 tf cu masa mEl=1828kg conform NR 05-1018R STEROM

SA

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

ELpF= mEl middot g (253)

GEl = 1828 kg middot 981 ms2 = 18 kN

36Alegerea chiolbasilor

Chiolbaşii (Ch) (bdquothe drilling linksrdquo bdquoelevator linksrdquo icircn lb en) denumiţi şi bdquobraţele de

elevatorrdquo sunt scule de foraj care fac legătura icircntre cacircrlig şi elevator fiind utilizaţi icircn timpul

manevrei garniturii de foraj (GarF) şi coloanelor de burlane (CB)

Ei se agaţă cu ochiurile superioare de umerii cacircrligului şi susţin cu ochiurile lor inferioare

elevatorul prin umerii acestuia (vezi fig 361) Astfel sarcina datorată GarF sau CB este

preluată prin intermediul elevatorului de către Ch care o transmit cacircrligului [1]

55

Fig 361 Ansamblul format din macara-cacircrlig chiolbaşi şi elevator icircncare este susţinută garnitura de foraj icircn timpul manevrei acesteia

Din punct de vedere al sarcinii de lucru exista 3 tipuri de chiolbasi

1 Usor (sarcini mici)

2 Mediu (sarcini medii)

3 Greu (sarcini mari)

Tipul usor are forma de za alungita iar cel mediu si greu ndash de bara prevazuta la ambele capete cu

ochiuri

Chiolbasii se executa prin forjare in matrita dintr-o singura bucata de otel slab aliat de

constructii pentru a se asigura o rezistenta mare atat prin fibrajul obtinut prin procedeul tehnologic

respective cat si prin compozitie si prin TT folosit

Fig 362 Diferite tipuri de chiolbaşi

Alegerea chiolbasilor se face in functie de sarcina de lucru si de lungimea nominala

Fig 363 Tipurile de chiolbaşi şi dimensiunile lor principale a ndash chiolbaş de tipul uşor b ndash chiolbaş de tipul mediu c ndash chiolbaş de tipul greu C2 ndash raza de curbură interioară a ochiului superior G1 ndash raza de curbură interioară a ochiului

56

inferior D2 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului superior cu umărul cacircrligului H1 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului inferior cu umărul elevatorului d d1 ndash diametrul barei L ndash lungimea de lucru (dintre

punctele de sprijin pe umărul cacircrligului şi pe umărul elevatorului)

Conform normelor prevazute pentru F200-2DH se aleg chiolbasi de tip greu serie Chiolbaşi 69 x 2100 x 320

Gama de sarcini Fch = 320 tf perDimensiuni principale- d1 = 85 mm- C2 = 108 mm

- G1 =70 mm- D2 = 34 mm - H1 = 345 mm- Lungimea totala Lch = 2100 mm- Masa netă informativă mch = 247 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (36)

GCh = 247 kg middot 981 ms2 = 243 kN

37Alegerea cablului de manevra

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

1 la manevră cablul de manevră sau de foraj

2 la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcărit

3 la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancoră

4 pentru rabaterea turlei cablul de praştie

5 la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electrici

Cablurile 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

57

1 de acelaşi diametru 5 la fire2 de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 371)

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

Fig 371 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

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

1 organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)

2 metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)

3 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 ]

58

Fig 372 Cablarea a ndash icircnfăşurarea spre dreapta b ndash icircnfăşurarea spre stacircngac ndash cablarea icircn cruce stacircnga (ZS) d ndash cablarea icircn cruce dreapta (SZ)e ndash cablarea paralelă dreapta (ZZ) f ndash cablarea paralelă stacircnga (SS)

Alegerea cablului se face pe baza sarcinii sale reale minime de rupere (Srm) astfel icircncacirct să fie satisfăcută condiţia de rezistenţă (vezi [1])

Srm gecM middot FM (37)

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

CM - coeficientul de siguranţă pentru operatiile de tubare si instrumentatie care se accepta egal cu

valoarea 2 conform API Spec9B iar FM ste forta maxima din RA a infasurarii cablului Ea se

determina cu expresia[1]

(372)

in care FM este forta totala care actioneaza asupra ramurilor din cablu z ndash nr de role de la macaraηMminusG - randamentul masinii macara-geamblac la ridicareRandamentul masinii macara-geamblac la ridicare se obtine cu relatia (cf[1])

ηMminusG=β2 ∙Zminus1

2 ∙ Z ∙ β2 ∙Z ∙ ( βminus1 ) (373)

unde β este inversul randamentului unei role

β= 1ηRo

(374)

pentru care se admite valoarea β =104 conform API iar ηRo =096 (API) randament role

59

FM=FM

2sdotzsdotηM minusG

Conform tipului de ansamblu MC ales z =5 Atunci rezultă

ηMminusG =

1 04225minus12sdot5sdot1 042sdot5 (1 04minus1 )

=0 811

Forţa F M se calculează cu expresia (conform [1])

FM =F M +GoTsdot(1+

ac(M )

g )

(375)

unde FM

este sarcina maxima utila la carlig GoT - greutatea moarta la tubare g- acceleratia

gravitationala g= 981 ms2 ac(M )

- acceleratia miscarii carligului are valori cuprinse in domeniul

[0515]∙ ms2

Greutatea moartă la tubare se determină ţinacircnd cont de greutatea elementelor ansamblului

MC a chiolbaşilor (Ch) a elevatorului cu pene (ElP) şi a ramurilor de cablu dintre macara şi

geamblac

GoT =

GMC+G ch+GEl P+GCM

(376)

Deoarece la acest moment nu se cunoaşte tipodimensiunea cablului şi ca urmare masa sa unitară se face aproximaţia

GoT iquestGMC+G ch+GEl P (377)

rezulta

GOT=8446 kN+243kN+20601 kN=1075 kN

Ştiind tipul IF se determină

FM

=200tf= 200∙981 =1962kNSe accepta

ac(M )=1 m s2

si se obtine

FM =1962 kN+107 5 kNsdot(1+ 19 81 )=2080 46 kN

60

Se calculeaza

F =

2080 46 kN2sdot5sdot0 811

=256 531 kN

Se determină sarcina reală minimă de rupere necesară a cablului cu formula

Srmnec gecM middot FM (378)

c M=2 ( conform API) si rezulta

Srmnec =2∙256531kN=513062kN

Se alege un cablu Seale cu o măsură a lui Srm astfel icircncacirct să fie icircndeplinită condiţia următoare

Sr mgtSr m nec

(379)

Ca urmare din [1] tabelul 52 se constată că se poate alege

Cablu Seale 6x19-32-1570 SZ STAS1689-80

caracterizat prin

nT=6 nr toroane

n f=19=1+9+9 nr fire din fiecare torondc=32 mm diametrul nominalRm=1570 MPa rezistenta minima de rupere a sarmelorSr m=531 32 kN sarcina reala minima de rupered0=3 mm diametrul sarmelor centraled1=1 45 mm diametrul sarmelor intermediared2=26 mm diametrul sarmelor exterioarem1 C=3 89 kg m masa unitara

Tipul cablării cruce dreapta (SZ) adică sensul de icircnfăşurare a firelor icircn toron este spre stanga(S) iar sensul de icircnfăşurare a toroanelor icircn cablu este spre dreapta (Z)Sr m=531 32gtSr nec=513 062 kN

Deci conditiaSr mgtSr nec este satisfacuta

Se reia calculul pentru verificare

61

Trebuie sa recalculam FM tinand cont si de greutatea cablului GCM

GCM =2sdotzsdotlr CM(M ) sdotqc (3710)

qc - greutatea unitara a cabluluiqc =m1 Csdotg (3711)

qc =3 89 kg msdot9 81 m s2=38 161 N mlr CM(M ) =(15 m+lp )+sminuslb (3712)

lr CM(M )

=(15 m+27 m)+65 mminus9 m=26 m

in care s=65m ndash spatiu de siguranta lb=9m lungimea unui burlanlp=27m lungimea pasului

GCM=2sdot5sdot26 msdot38 161 N m=9 922 kN

GoT=107 5 kN+9 922kN=117 422kN

Pentru IF F200-2DH vom avea

F =

2091 413 kN2sdot5sdot0 811

=257 88 kN

c M=Sr m

F c M=531 32kN

257 88 kN=2 06gtc=2

Tabelul 375 Parametrii caracteristici ai cablurilor Seale 6 x 19 conform STAS 1689-80

38 Alegerea troliului de foraj

62

FN=200sdot9 81kN+117 442kN (1+ 19 81

)=2091 413kN

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

SBi m 752 752 752 643 752 752 752

m1Bi kgm 2234 2234 2234 1936 2234 2234 2234

qBi Nm 219155 219155 219155 189921 219155 219155 219155

GBi kN 26298 110673 87662 6647 85470 19724 208197

GCB3 kN 722187

undentj reprezinta numarul de tronsoane de burlane lBi ndash lungimea fiecarui tronson de burlane

NBi ndash numarul de burlane din fiecare tronson CBi ndash clasa de rezistenta a otelului din care se

confectioneaza burlanele din fiecare tronson sBi ndash grosimea de perete a corpului burlanului din

fiecare tronson m1Bi qBi ndash masagreutatea unitara a burlanelor carecompun fiecare tronson

Fig 122Determinarea profiluluistructurii CB de 858 in cu filet L din componenta Sondei 7

Tabelul 123 Caracteristicile CI de 858 cu filet L

CB2=CI DCI= 858in tip IF-APIL HT =2660 ρf=125tm3 nT2=6

11

i 1 2 3 4 5 6Li-1 m 0 255 580 1040 1560 1955Li m 255 580 1040 1560 1955 2660lBI m 255 325 460 520 395 705CBI N80 J55 J55 J55 N80 N80

SBi m 1016 1016 894 1016 1016 1143m1Bi kgm 5362 5362 4766 5362 5362 5958

qBi Nm 526012 526012 467544 526012 526012 584479GBi kN 134133 170954 215070 273526 207774 412059

GCB3 kN 1413516Greutatea aparentă a CB (GaCB3 equiv GaCE) este greutatea acesteia icircn fluidul de foraj din puţul icircn care se introduce şi se determină cu formula (vezi[1])

Ga CE=GCE ∙(1minus ρ f

ρo) (125)

Rezulta

Ga CE=1413516 kN ∙(1minus125785 )=1188433kN

Se calculează greutatea coloanelor de burlane maximă cu relaţia următoare

GCBM = max (GCI GCE) (126)

GCBM = max (1413516kN 722187kN) = 1413516 kN

13Alegerea sapei pentru forajul putului de exploatare (vezi aplicatia 2)

Conform datelor obtinute in paragrafele 11 si 12 s-au 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 TEE 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 incat 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) asigurand un joc interior minirn (δimCBj-1)

12

Fig 114 Sapă cu role-con cu dantură cu dinţi frezaţi executaţi din corpul rolei

1ndash falcă 2ndash con cu dantură cu dinţi din oţel 3 ndash contracon4 ndash dispozitiv de spălare exterioară cu jet (cu duză)

5 ndash cep cu filet conic 6 ndash umărul cepului (icircmbinării filetate)

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 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 conform codificaţiei specifice

Din tabelul 1 [3] (aplicatia 1) se alege diametrul mufei coloanei de exploatare DMCE

corespunzătoare diametrului nominal al coloanei de exploatare DCE STAS 875 - 86 tab 6 icircn funcţie de tipul filetului

DMCE=1413 mm

Ca urmare se alege o sapă cu trei role pentru roci medii-abrazive (MA) Această sapă trebuie să foreze o gaură care să fie tubată cu o coloană de 5 in = 127 mm Pentru reuşita operaţiei de cimentare se recomandă (conform [11] tabelul 11) un spaţiu inelar cu măsura

δCEr = 15 mm

Se calculează diametrul sapei Ds cu următoarea relaţie

(131)

Conform [1] δCE se poate aprecia cu expresia de forma

δCEcong 012 ∙ DCE

(132)

si se obtine

13

δCEcong 012 ∙ 127 mm=1524 mmcong 15 mm

Se constată că cele două măsuri sunt apropiate Atunci folosind expresia

DS PE=iquestD M CE+2 ∙δCE riquest

(133)

rezulta

DS PE=iquest1413 mm+2 ∙15 mm=1713mmiquest

Dar sapa trebuie să treacă prin interiorul coloanei anterioare de 8⅝Prime (2191 mm) Această

coloană fiind introdusă la adacircncimea de 2660 m rezultă din diagrama de tubare că ultimul său

tronson trebuie să fie alcătuit din burlane cu grosimea maximă de perete de 1143 mm Deci

diametrul interior minim al coloanei intermediare de 8⅝Prime calculat cu relaţia

Di m CI ( I )=iquest D CI( I)minus2 ∙S BM iquest (134)

are măsura

Di m CI ( I )=2191 mmminus2 ∙1143 mm=1962 mm

Folosind tabelul 4 se observă că se poate alege o sapă cu diametrul nominal de 6frac34Prime (1715 mm) cu ajutorul căreia se realizează spaţiul inelar cu măsura recomandată respectiv

δCE=05 ∙ (1715 mmminus1413 mm )=151mm

şi care poate trece prin tronsonul cu diametrul interior minim al CI(I) jocul interior minim

determinat cu relaţia (cf [11])

δ i m CI ( I )=05∙ (Di m CI (I )minusDS PE ) (135)

δ i m CI ( I )=05∙ (1962 mmminus1715 mm )=123 mm

Icircn continuare se alege varianta constructivă de sapă MA- 634 DGJ cu diametrul de 6frac34Prime necesară pentru roci MA Adică o sapă cu dinţi din oţel avacircnd contraconul icircntărit şi prin ştifturi din carburi metalice sinterizate (D) cu lagăre cu alunecare etanşe (G) şi cu spălare exterioară cu fluid de foraj (cu jet) (J)

14

14 Alegerea 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 adancime (AnAd) al GarF

Exista doua variante de executie a PG(vezi [3]aplicatia 4)

1 forjate cu tratament termic de imbunatatire pe toata lungimea2 laminate (din tevi cu pereti grosi) cu tratament termic de normalizare si о imbunatatire

la capetePG se realizeaza in urmatoarele forme constructive

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

Fig 141Prajini grele circulare (PGC)

Tabelul 143 Alegerea diametrului nominal al PG (DPG) icircn funcţie de diametrul sapei

(DS)

Ds mm

1365divide1411

1492divide1615

1615divide1715

2127divide2286

2444divide2508

2695 295 3112 3492 ge3747

DPG mm

114(108)

121divide139

(114divide

133divide146

(121divide

187(159)

203(178)

229(203)

245(219)

245(229)

254(229)

273(254)

15

121) 133)

Alegerea PG inseamna determinarea masurilor urmatoarelor marimi

1 diametrul nominal (DPG)2 diametrul interior (DPGi)3 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 avand 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 cat mai mare a diametrului nominal

2 asigurarea unui spatiu inelar (SI) intre peretele putului si PG cu omasura cat mai mare

pentru ca pierderea de presiune (ΔpSIPG) rezultata la curgerea fiuidului de foraj sa fie cat

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 implicand o masura cat mai mica a diametrului nominal

Pe baza unor cercetari experimentale (cf [2]) efectuate in conditii de santier privind viteza medie

de avansare a sapei (vAv) si timpul de prindere in teren a GarF pentru fiecare sonda (tPrSd) in

functie de raportul D2PG D2

S s-a constatat ca exista un domeniu optim de valori pentru acest

raport

D2PG D2

S =[06 07]

Fig 142Viteza 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 foraj

16

Icircn funcţie de valoarea raportului DPGDS se clasifică (cf [6]) PG şi tipurile de formaţiuni icircn care

se recomandă să se foreze (vezi tabelul 142)

Tabelul 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

Pentru alegerea PGC se recomanda relatia empirica[6]

DPG=DS-25 (142)Pentru forajul putului de exploatare al Sondei 7 se considera ca nu exista pericol de

prindere in formatiunea geologica traversata prin foraj pana la adancimea finala

Avand in vedere tipul de formatiune precizat mai sus conform tabelului 2 se alege PG

supradimensionata cu DPG DS= 089

DPG= 1715mm ndash 25mm =1465mm

Din tabelul 143 conform [6] se alege DPG= 146mm Din tabelul 1 (vezi aplicatia 4) se

alege măsura standardizată a diametrului nominal cea mai apropiată de măsurile rezultate anterior

adică DPG = 1524 mm pentru care exista DPGi isin572 715]mm cu m1PGisin 1234 1115 kgm

Rezultă DPGDS = 08886 089cong

ceea ce este icircn acord cu tipul de PG supradimensionată recomandată pentru formaţiunile

fără pericol de prindere

Se calculeaza greutatea unitara

qPG=m1PG ∙ g (143)

unde

DPGi este diametrul interior prajini grele

- pentru DPGi= 572 mm

q=1234kgm

∙ 981ms=1210554

Nm

=1211kN m

unde g este acceleratia de cadere libera g=981 ms2

- pentru DPGi= 715 mm

q=1115kgm

∙ 981m

s2=1093815

Nm

=1094 kN m

17

Se calculeaza coeficientul pierderii de presiune din interiorul PG cu formula

α PGi=

8π 2

sdotλPG i

DPG i5

in care

(144)

λPGi reprezinta coeficientul de rezistenta hidraulica liniara si are o valoare constanta si anume (conform [1])

λPGi=002

- pentru DPGi= 572 mm

α PGi=

8π 2

sdot 0 02

(5 72sdot10minus2 )5 m5= 8

π2sdot2sdot10minus2sdot1010

5 725 m5= 8

π2sdot20000sdot104

5 725 m5=26475sdot104 mminus5

- pentru DPGi= 715 mm

α PGi=

8π 2

sdot 0 02

(7 15sdot10minus2)5 m5= 8

π2sdot2sdot10minus2sdot1010

7 155 m5= 8

π 2sdot20000sdot104

7 155 m5=0 8675sdot104 mminus5

Daca se alege masura mai mica a diametrului interior atunci lungimea AnAd va fi mai mica

dar fara sa se evite fenomenul de flambaj deoarece aceasta lungime este mai mare decat 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 alege PG cuDPG= 6 in= 1524 mm DPgi = 2 1316 in= 715 mm IFU de tipulNC 44 m1PG = 1115 kgm

Mir=244kNm (momentul de insurubare recomandat) i=W M

( lC)

W C(1905 )=284

Se observa ca i=284gtiopt= 25 ceea ce inseamna ca imbinarea filetata cu umar a PG asigura o rezistenta mare la oboseala in sectiunile sale critice (Vezi [1])

14Verificarea la flambaj a ansamblului de prajini grele

141 Determinarea lungimii ansamblului de adancime

Pe baza datelor obtinute anterior se calculeaza lungimea ansamblului de PG (LAnAd) cu formula (vezi [1])

18

LAn Ad=FS

c L ∙qPG ∙(1minusρf

ρo)∙ (cosθminusμa sinθ)

(151)undeFS este forta de apasare pe sapa ρ f -densitatea fluidului de foraj(150tm3) ρ odensitatea otelului(785tm3) LAnPG este lungimea ansamblului de prăjini grele in m

qPG ndash greutatea unitara a PG CL ndash coeficientul lungime Fs ndash forta de apasare pe sapa Ө - unghiul mediu de deviere al sondei fata de vertical g ndash acceleraţia gravitaţională in ms Densitatea fluidului de foraj se poate aprecia cu expresia empirică(cf [8])

ρ f=125+025∙ ln (H ∙10minus3) (152)

ρ f=[125+025∙ ln (35 ∙ 103 ∙10minus3 ) ] t

m3=1563 t m3

Din conditiile tehnologice se alege ρf =15 tm3 (vezi Ap 1)Se calculeaza greutatea unitara a PG

qPG=m1 PGsdotg (153)

qPG=1115kgm

∙981m

s2=109382

Nmcong 1094

kNm

Se calculează forţa de apăsare pe sapă (cf [8])

FS=(03+7 5sdot10minus5sdotH )sdotDS

(154)

FS=(03+75 ∙ 10minus5 ∙35 ∙103)∙ 1715 kN= 9647 kN

Se calculeaza lungimea ansamblului de PG cu expresia (151)

LAn PG=9647 kN

0 85sdot1 094 kN msdot(1minus 157 85 )sdot(cos 30minus03sdotsin 30)

=130 475 m

Өiquest30

Se determina numarul de PG cu relatia

nPG=L An PG

lPG (155)

Unde lPG reprezinta lungimea unei prajini grele Daca se admite pentru lPG

19

masura normala care este egala cu 9m atunci se obtine

nPG=130 475m9 m

=14 49≃15

Se alege nPG=15 si se recalculeaza LAnPG

LAn PG=15sdot9m=135 mSe recalculeaza coeficientul de lungime al AnPG

c L=96 47 kN

135 msdot1 094kNm

sdot(1minus 157 85 )sdot(cos 30minus03sdotsin 30)

=0 821

si se constata ca valoarea lui se gaseste in domeniul recomandat adica [070 085]

142 Verificarea la flambaj a AnPG (vezi [3] aplicatia5)

Lungimea supusa la compresiune a AnPG este c LsdotLAn PG=0 821sdot135=110 835 m (156)

Se calculeaza lungimea critica de flambaj a AnPG(vezi [1])

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 PGExpresia de sub radical adică

(158)

se numeşte (conform lui N Pacircrvulescu) volum de rigiditate la gravitatie deoarece are dimensiunea unui volum si exprima un caracter de rigiditate al PG

Momentul geometric axial se calculeaza cu formula

I PG= π64

sdot( DPG4 minusDPG i

4 ) (159)

I PG= π64

sdot(15 244minus7 154) cm4=2520 375 cm4≃2 5203sdot10minus5 m4

20

Greutatea unitara aparenta a PG se determina cu formula

qa PG=qPGsdot(1minusρf

ρo) (1510)

Se obtine

qa PG=1 094kNm

sdot(1minus 157 85 )=0 885

kNm

Măsura volumului de rigiditate la gravitaţie al PG este

V PG=21∙ 1011 N

m2∙ 2520375 ∙10minus5 m4

0885∙ 103 Nm

=5981∙ 103 m3

Rezultă imediat măsura lungimii critice de flambaj a AnPG

LAn PG cr=17∙3radic5981∙103 m3=3085 mcong 31 m

Comparand aceasta masura a lungimii critice de flambaj a AnPG cu aceea a lungimii

portiunii din AnPG supuse la compresiune se constata

c LsdotLAn PG=110 835 mgtLAn PG cr=31 m

Ceea ce inseamna ca AnPG flambeaza sub actiunea fortei de apasare pe sapa Avand 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 corector-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 prajinile grele al doilea

al treilea si respectiv al patrulea stabilizator (vezi cap 1fig124 f)

21

Fig 143 Alcătuirea ansamblului de adacircncime al garniturii de foraj

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

Alegerea prajinilor de foraj (vezi Apl 6)Prăjinile de foraj (PF) sunt fabricate din ţevi de oţel laminate la cald icircngroşate la capete Se execută următoarele tipuri de PF [6] ndash PF cu racorduri speciale sudate (prin presiune de contact) (PFRSS) ndash PF cu racorduri speciale filetate (PFRSF)

PFRSS se realizează icircn conformitate cu STAS 80371-80 (bdquoPrăjini de foraj pentru racorduri sudate Clasele de rezistenţă D E şi G-105 Dimensiunirdquo) şi conform normei API 5A ndash pentru PF din clasele de rezistenţă D şi E ndash şi normei API 5AX ndash pentru PF din clasele de rezistenţă X-95 G-105 şi S-135 După forma icircngroşării capetelor PFRSS se execută icircn trei variante (vezi fig 161)

ndash PF cu capete icircngroşate la interior (II) (sau IU ndash Internal Upset conform API) ndash PF cu capete icircngroşate la exterior (IE) (sau EU ndash External Upset conform API) ndash PF cu capete icircngroşate la exterior şi la interior (IEI) (sau IEU ndash Internal- External Upset conform API)

22

Fig 161 Prăjini de foraj cu racorduri speciale sudate (PFRSS) [1] a ndash varianta II (cu capetele icircngroşate la interior) respectiv IU (Internal Upset) conform API b ndash varianta IE (cu capetele icircngroşate la exterior) respectiv EU (External Upset) conform API c ndash varianta IEI (cu capetele icircngroşate la exterior şi la interior) respectiv IEU (Internal-External Upset) conform API

Alte tipuri de PF sunt ndash PF cu perete gros ( Thick Wall Drill-Pipe icircn lb en) ndash PF cu grosimea de perete variabilă ndash PF cu racorduri speciale sudate cu canale elicoidale şi cu perete gros

Racordurile speciale pentru sudare (RSS) de la PF cu II IE şi IEI au tipodimensiunile şi

condiţiile tehnice reglementate icircn STAS 75701-80 (bdquoRacorduri speciale pentru sudare prin contact

la prăjini de foraj din clasele de rezistenţă D şi Erdquo) icircn norma API Spec 7 şi de asemenea icircn

normele interne ale firmelor constructoare RSS se execută icircn două variante constructive (fig

162)

ndash varianta A RSS cu scaun conic

ndash varianta B RSS cu scaun drept

23

Fig 162 Racorduri speciale pentru sudare (RSS) la prăjini de foraj [2] varianta A (cu scaun conic) varianta B (cu scaun drept)

Normele API Spec 7 prevăd RS şi pentru PF confecţionate din oţeluri din clasele de rezistenţă

superioare X-95 G-105 şi S-135

RSS sunt prevăzute cu icircmbinări filetate cu umăr (IcircFU) standardizate icircn STAS 8351-80

Alegerea prăjinilor de foraj

A alege prăjinile de foraj (PF) icircnseamnă a stabili ndash tipul PF

ndash diametrul nominal (DPF) şi grosimea de perete (sPF)

ndash clasa (gradul) de rezistenţă ndash clasa de uzură

ndash intervalul de măsuri ale lungimii

Criteriile pe baza cărora se face alegerea PF sunt următoarele

1) rezistenţă maximă la solicitările statice şi variabile care se asigură prin alegerea

corespunzătoare a tipului de PF a clasei de rezistenţă şi a celei de uzură a PF a intervalului de

măsuri ale lungimii PF şi a unei măsuri a grosimii de perete cacirct mai mari

2) rezistenţă maximă la acţiunea mediului coroziv care impune alegerea corespunzătoare a oţelului

şi dacă este cazul alegerea PF cu acoperiri speciale anticorozive şi de asemenea a unei măsuri a

grosimii de perete cacirct mai mari

3) energie minimă consumată icircn timpul forajului care icircnseamnă

a) energie mecanică de rotaţie minimă care se asigură prin alegerea unor măsuri ale

diametrului nominal şi grosimii de perete cacirct mai mici 24

b) energie hidraulică minimă (consumată prin circulaţia fluidului de foraj)ceea ce

presupune o pierdere de presiune minimă la curgerea fluidului de foraj prin interiorul PF care

determină alegerea unei măsuri cacirct mai mici a grosimii de perete

4) energie minimă consumată icircn timpul manevrei GarF ceea ce presupune alegerea PF cu măsura

minimă a masei unitare

Diametrul nominal al PF reprezinta diametrul exterior al corpului PF DPF=DPFe (161)

Diametrul nominal al PF se determina in functie de Dsmasurile orientative fiind date in tabelul de mai jos

Ds mm 150170 150200 175225 200250 225300 gt250DPF mm(in) 889(3 frac12) 1016(4) 1143(4 frac12) 127(5) 1397(5 frac12) 1683(658)

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

Pentru diametrul sapei de foraj determinat icircn subcapitolul anterior Ds= 1715 mm = 634rdquo se alege diametrul nominal al prăjinii de foraj DPF =4 frac12rdquo = 1143 mm

Din STAS 8037 ndash 88 (vezi aplicatia 5 tabelul 1) se alege diametrul nominal standardizat 412rdquo E 75 cu urmatoarele caracteristici

- masa cu racorduri m1PF= 33 Kgm

- grosimea peretelui s= 1092 mm

- diametrul interior DPfi= 9246=925 mm

- aria prăjinii de foraj A= 3547 mm2

- modulul de rezistentă WP= 10583 cm3

- tipul icircngroşării EU

- gradul de rezistenta E 75

- presiunea exterioara limita pel= 894 bar= 894MPa

- presiunea interioara limita pil= 865 bar =865MPa

- forţa de tracţiune limita FtcL= 1834 kN

- momentul de torsiune limita MtLPF= 5003 kNm

- tipodimensiunea IFU a RSS NC46 (4IF)

Solicitari care duc la limita de curgere a RSS

- momentul de insurubare limita dpdv al curgerii materialului RSS

25

M i RS L=53 69 kNm

FtRSL = 4 664 kN (forţa de tracţiune limită dpdv al curgerii materialului RSS)

- momentul de insurubare recomandatM i r=27 3 kNm

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)

Se obtine

APF=π4sdot(114 32 mmminus92 462 mm)=3547 mm2

Se determina modulul de rezistenta polar al sectiunii transversale a corpului PF cu formula

W p=I p

DPF

2

(162)

unde I p este momentul geometric polar al sectiunii transversale a corpului PF

I p=π32

∙( DPF4 minusDPFi

4 )= π32

∙ DPF4 ∙[1minus( DPFi

DPF)

4] (163)

I p=π

32sdot114 34 mmsdot[1minus(925 mm

114 3 mm )4 ]=9569240 653 mm4=956 924 mm3

deci

W p=π

16sdotDPF

3 sdot[1minus( DPF i

DPF)

4]

(164)

Rezulta

W p=π

16sdot114 33sdot[1minus(92 5

114 3 )4]=167658 175 mm3

Calculul tensiunii de tractiune

σ tcl=F tcl

APF

(165)

26

σ tcl=1834 kN

3547 mm2 =1834 ∙ 103 N3547 mm2 =517056 ∙106 Pa

Aceasta tensiune arata limita de curgere minima conform tabelului cu caracteristicile

mecanice ale prajinilor de foraj pentru clasa de rezistenta E75 (vezi aplicatia 6) Limita de curgere

trebuie sa se situeze in intervalul 517hellip724 In cazul nostrum limita este 517 MPa care se

incadreaza intre valorile recomandate

-calculul tensiunii tangentiale τ=G∙θ ∙ r (166)

θ=M t

G ∙ I p

(16 7)

Unde G este modulul de elasticitate transversal al materialului din care se confectioneaza PFPentru otel G= 81010 Paθ- torsiunea specificar- raza punctului considerat din sectiunea transversala a corpului PF

θ= 5003∙ 103 Nm8 ∙ 1010 N m2 ∙ 0956∙ 10minus5m4 =653 ∙ 10minus2 1

m

τ=8 ∙1010 N

m2∙ 653 ∙ 10minus2 mminus1∙ 5785∙ 10minus2m=29855106

N

m2

Aceasta tensiune reprezinta tensiunea tangentiala de curgere

Lungimea ansamblului superior utilizat pentru forajul putului de exploatare se determina cu

expresia

LAn S=H MminusLAn PG (168) LAn S=3500 mminus162 m=3338 m

Se calculeaza numarul de PF

nPF=

LAn S

lPF (169)Considerand ca lungimea unei prajini este cea normala adica 9m se obtine

nPF=3338

9=37088

Se alege nPF=371 si se recalculeaza lungimea AnS

LAnS=371∙9m=3339 m

27

17Alegerea 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

garnitura stanga) [1]

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 masa rotativă 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 (658 REG) in timpul forajului după tubarea unei coloane de burlane prăjina

de antrenare trebuie uneori schimbată ndash diametrul cepului 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 de lucru 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 [1]

28

Fig 171 Prăjina de antrenare forjată a ndash pătrată b ndash hexagonală

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

Alegerea 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-cep

Se prefera alegerea unei prajini de antrenare forjate deoarece nu necesita reductii de legatura

proprii asa cum este cazul prajinii laminate

29

Fig172 Reducţii de legătură icircntre prăjina de antrenare (PA) şi racordul special (RS) denumite RLRS a ndash

reducţie dreaptă (pentru icircmbinări filetate cu aceleaşi dimensiuni) b ndash reducţie icircn trepte (pentru icircmbinări filetate cu

dimensiuni diferite)

Se alege o prajina de antrenare forjata patrata avand elementul de imbinare superioara de

tipul mufa cu filet stanga de tipul 658 REG pentru asamblarea cu reductie cap hidraulic(RLCH)

Pentru ansamblul superior al garniturii de foraj s-a stabilit ca se iau prajini de foraj de 4 12 in cu

racorduri speciale sudare(RSS) cu IEI si tipodimensiunea IFU NC 46

Ca urmare conform tabelului 1 aplicatia 7 se alege prajina de antrenare in varianta

constructiva 1(standard) cu dimensiunea nominala de 4 frac14 in Se foloseste o RLPA dreapta de

tipul mufa(NC46)-cep(NC46) ca in figura 172 a

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 infDPA

mm(in)DPAi mm

a mm

lPA m

mPAkg

1cep

6 58 REGmufăNC46

mufă6 58

REG

cepNC46

A (dreapta) NC46-NC46

108(4 14)

714 108 12192 800

30

18 Alegerea tipului de instalatie de foraj

Instalaţia de foraj reprezintă totalitatea maşinilor utilajelor si instalaţiilor necesare săpării unei sonde

Studiul pe sisteme al instalaţiilor de foraj corespunde principalelor operaţii care se efectuează

pentru forarea unei sonde precum si principalelor grupe de maşini si utilaje care intra in

componenta acestor instalaţii

Sistemele de lucru ale unei instalaţii de foraj sunt

1 Sistemul de manevra mdash SM- cu ajutorul căruia se realizează ridicarea si coboracircrea

sarcinilor

2 Sistemul de circulaţie - SC - care asigura circulaţia fluidului de foraj

3 Sistemul de rotire - SR - care realizează rotirea garniturii de prăjini in timpul forajului

In cazul instalaţiilor de foraj transportabile apare si sistemul de transport

Pentru asigurarea condiţiilor de funcţionare a sistemelor de lucru instalaţia de foraj mai

cuprinde sistemul de comenzi instalaţia de preparare si curăţare a fluidului de foraj dispozitive

de mecanizare si automatizare ansamblul de scule materialul tubular [1]

Alegerea instalaţiei de foraj se face pe baza sarcinii maxime utile (sarcinii maxime de lucru) FM (V APLICATIA 9)

In aplicatiile anterioare s-au determinat greutatile fiecarei coloane de burlane si anume

GCI(I)= 1413516 kN GCE= 722187kN

Rezulta ca cea mai grea CB GCBM=max GCI(I) GCE=1413516 kN

S-au ales pentru forajul putului de exploatare prajini grele cu DPG=6 in=1524 mm

DPGi=2 1316 in= 715 mm m1PG = 1115 kgm qPG=1094kNm LAnPG=135 m

Se determina greutatea AnPG

GAn PG=qPGsdotL An PG

(181)

si se obtine

GAnPG=1094kNm135m=14769kN

Greutatea unitara a PFse calculeaza folosind formula

qPF=m1 PFsdotg (182)

qPF=33kgm

sdot9 81m

s2=323 73

Nm

31

Greutatea AnS va fi

GAn S=qPFsdotLAn S (183)

GAn S=323 73Nm

sdot3 339sdot103 m=1080 934kN

Greutatea GarF se obtine insumand greutatea AnPG si greutatea AnS

GGar F=GAn PG+GAn S (184)

Se obtine

GGar F=147 69 kN+1080 934 kN=1228 624 kN

Se considera ca cea mai grea GarF este garnitura utilizata pentru forajul putului de exploatare

GGar F M=1228 624 kN

Alegerea IF se face pe baza sarcinii nominale de la carlig si a tipului de actionare

FM =max FM T FM D (185)

Sarcina maxima utila de tubare se calculeaza cu formula[1]

FM T

=GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+(1+kmf( M ) )sdot

ac

( M )

g ] (186)

in care

k r(M )estecoeficientul fortei de frecare la ridicarea coloanei de burlane intre peretele putului si

fluidul de foraj k mf(M )minusiquestcoeficientul de masa al fluidului de foraj din interiorul coloanei aderent la

coloana ac(M )- acceleratia miscarii carligului in cazul ridicarii sarcinii normale

kDij- coeficientul diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

ρ0 ndashdensitatea otelului din care sunt confectionate burlanele

ρf -densitatea fluidului de foraj

Coloana fiind considerată plină cu fluid de foraj cu aceeaşi măsură a densităţii ca şi aceea

din interiorul puţului forat coeficientul k mf(M ) se determină cu formula [1]

k m f=ρf

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1] (187)

unde DCB este diametrul nominal al CB GCBM ndash greutatea celei mai grele coloane de burlane Sfa- grosimea startului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al coloanei de burlane

32

LCB ndash lungimea CB lj ndash lungimea tronsonului de ordinul j kDij ndash coef diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

K Dij=Dibj

DCB

(188)

Pentru CI(I) de 858in vom avea

DCI(I)=858in= 2191 mmntCI(I)=6

sB jisin 10 16 10 16 8 94 10 16 10 16 11 43 mmDi B jisin 198 8 198 8 2012 198 8198 8 196 8 mm

k Di jisin 0 907 0 907 0 918 0 907 0 907 0 898 l jisin 255 325 460 520 395 705 m

LCI(I)=HCI(I)=2660m

=125tm3

sf a=0 653 mm grosimea stratului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al CB

iquestsumj=1

6

(1minusk Di j2 )sdotl j=

(1-09072)sdot255+(1minus09072 )sdot325+(1-09182 )sdot460+ (1minus09072 )sdot52 0++ (1-09072)sdot39 5+(1minus0 8982)sdot705=473 972 m

Se admite

k r(M )=02

si ac

(lt M )=1 ms2 Se obţine

Sarcina maxima utila la tubare

FM T =1413 516 kN sdot[(1minus1 25 t m3

7 85 t m3 )sdot(1+02 )+ (1+0 745 )sdot 19 81 ]=1677 556 kN

Sarcina maxima utila de degajare a celei mai grele garnituri de foraj se determina cu relatia[1]

FM D =GGar F Msdot(1minus ρ f

ρo)+FD M

FD M este forta de degajare maxima FD M =300kN

33

k m f(M )=

ρ f

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

5

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1]=

Măsura lui FDM se apreciază icircn funcţie de măsura lui HM conform tabelului 1 aplicatia 9

FM D =1228 624 kNsdot(1minus1 25 t m3

7 85 t m3)+300 kN=1332 983

kN

Conform rezultatelor de mai sus se obtineFM

=max 1677 556 1332983 kN=1677 556 kN 9 81≃171 0047 tf

Ca urmare se poate alege o IF transportabilă pe cale terestră pe subansamble (SAn) din clasa F 200 (vezi [1])

Tipul acţionării se alege icircn funcţie de posibilitatea de alimentare cu energie electrică a IF icircn

zona de amplasare de instalaţiile aflate icircn dotarea firmei de foraj şi de costul comparativ al

combustibilului şi al energiei electrice din perioada cacircnd o să lucreze instalaţia icircn situaţia icircn care

firma dispune de instalaţii cu acţionări neautonome sau autonome

Se admite că situaţia din zona de amplasament a IF impune o acţionare de tipul DH Avacircnd

icircn vedere acest lucru rezultă că se poate alege o IF de tipul

F-200-2DH (T(SAn))

19 Concluzii

Pe baza datelor luate din materialul didactic si standardele nationale cat si internationale s-a

facut un calcul teoretic de alegere al instalatiei de foraj Luand in consideratie ca mediul real poate

aduce un aport negativ asupra calculelor teoretice in rezultatele prezentate mai sus s-au luat niste

coeficienti de siguranta care sa acopere riscurile posibile totodata s-a constatat ca desi pentru

Sonda 7 Pacurari este necesara o instalatie mai mica decat cea aleasa am fost nevoit sa aleg anume

F200-2DH deoarece conditiile tehnico-economice presupun utilizarea tipului utilajului folosit deja

in industria petroliera si standardizat conform normelor STAS si API

2 PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

21 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

34

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

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 arborele 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 [1]

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 MBM 820 cu supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului DH de tipul GF-820+CHC-750-2 sunt

prezentate icircn fig 21 Se analizează dependenţele funcţionale reprezentate de aceste curbe (vezi

aplicatia 13)

35

Fig 2 1 Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului de acţionare de tipul DHformat din GF 820 şi CHC-750-2 pentru reglarea motorului diesel la sarcină plină

şi funcţionarea lui cu gradul maxim de accelerare (la care puterea maximă amotorului este puterea nominală Pn) şi funcţionarea lui cu gradul maxim deaccelerare MI MII ndash momentul dezvoltat la arborele primar (I) respectiv laarborele secundar (II) al CHC ωI ωII ndash viteza unghiulară PI PII ndash puterea

ηCHC ndash randamentul CHC

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (210)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (211)

Tabel 311 Parametrii functionali ai grupului de actionare GF-820 + CHC-750-2

36

Fig 211 Curba caracteristica exterioara a CHC este o caracteristica flexibila cresterea momentului rezistent este

preluata de CHC prin reducerea importanta a vitezei unghiulare a arborelui secundar

Din aceste grafice se deduce ca pentru ηm= 07 DEF al CHC-750-2 reprezentat prin ηCH ϵ

[0700 0847] nII ϵ [275 950] rotmin MII ϵ [14730 4000] kNm

Din datele obinute rezulta avantajele utilizarii CHC in cadrul GA de tipul DH

1 CHC lucreaza ca un variator continuu de viteza adica ωII se modifica automat si continuu odata cu variatia momentului rezistent aplicat arborelui secundar astfel se spune ca CHC isi regleaza regimul de functionare deci CHC permite o autoadaptare a GA la sarcina

2 Utilizarea CHC simplifica lantul cinematic al IF37

3 CHC protejeaza motorul Diesel impotriva suprasarcinilor si a socurilor transmise de la antorul sistemului de lucruinclusive in situatia blocarii secundarului

Fig 212 Curbele caracteristice pentru sarcina plina ale motorului MBM-820 si curba puterii in functie de sarcina plina a aceluiasi motor

22 Alegerea modului de acţionare

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

38

Instalaţiie 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[1]

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

39

Fig 221 Schema structural-functionala a unei instalatii de foraj cu mod de actionare centralizatin varianta MAC2 cu

actionare DH

S-a ales varianta MAC2 in care PN este actionata separat formand impreuna cu GA si transmisiile mecanice respective un grup motopompa (GMP) dupa cum TA este DH vezi 1[1])

23 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

1 pompe centrifuge pentru hidrocicloane2 site vibratoare 3 agitatoare4 pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de foraj5 pompe centrifuge pentru apa6 pompe centrifuge pentru chimicale7 pompe pentru reziduuri8 pompe pentru combustibil9 comanda hidraulica a prevenitoarelor10 instalaţie pentru uscarea aerului11 agregate pentru icircncălzire12 maşini-unelte13 agregat pentru sudura

40

14 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

Tabel 231 Consumatorii auxiliari de forta utilizati in cadrul IF de tipul F200-2DH si puterea lor

NrCrt

Denumirea consumatorilor Puterea motorului

kW

NrmotoarePuterea totala

kW

A Instalatia de foraj propriu-zisa

1 Site virbatoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 10 75

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa racire troliu 75 1 75

5 Pompa apa racire frina hidraulica 75 1 75

6 Pompe instalatie amestec chimicale 3 2 6

7 Pompe combustibil 3 2 6

8 Pompe ulei 15 1 15

9 Pompe de preparare a fluidului de foraj 75 2 150

10 Pompa baterie denisipare 55 1 55

11 Pompa baterie desmiluire 50 1 50

12 Instalatie degazeificare 5 1 5

13 Degazeificator 30 1 30

14 Instalatie de preparare centrifuga 20 3 60

15 Instalatie transport material pulverulent 4 1 4

16 Dispozitiv salvare garnitura 20 1 20

17 Dispozitiv strins-slabit 11 1 11

18 Dispozitiv manevra prajini grele 75 1 75

19 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

20 Pod tubaj reglabil 75 1 75

21 Instalatie comanda prevenitoare 11 1 11

41

22 Instalatie de uscare aer 15 1 15

23 Instalatie iluminat normal 18 1 18

24 Instalatie iluminat siguranta 08 1 08

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

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

PCsAF = 5928 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

24 Calculul puterii instalate

Puterea instalata a IF (Prsquo) reprezinta puterea motoarelor utilizate pentru actionarea

antoarelor principale a celor auxiliare si pentru actionarea celorlalte utilaje si instalatii folosite

pentru executarea diverselor operatii auxiliare

Prsquo = P + PCsAF (241)

P = n Pn (242)

Pn-Puterea nominala a motorului MB820 Pn= 655 kW

n-numarul de motoare folosite

P = (2+2) ∙ PnP = (2 + 2) 655kW = 2620 kW

Prsquo= 2620 kW + 5928 kW = 32128 kW

25 ConcluziiIn capitolul 2 s-au ales grupurile de actionare Alegerea s-a facut pe baza analizei

parametrilor motoarelor si caracteristicile acestora s-a evidentiat modul de utilizare al acestor

grupuri de actionare astfel incat sa fie satisfacute conditiile de tehnologicitate si economicitate

Acest lucru s-a facut pentru a obtine niste parametri de lucru cat se poate eficienti si economici

deoarece in cazul neindeplinirii uneia din conditii se pot intampla atat stagnari ale procesului

normal de foraj (uneori poate chiar si cu consecinte catastrofale) cat si pierderi financiare mari

42

3 ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ SI PREZENTAREA PARAMETRILOR SI CARACTERISTICILOR LOR

31Alegerea capului hidraulic

Fig31 Secţiune prin CH (reprezentare schematică (a) şi reprezentare constructivă (b))1 ndash corp (oală) 2 ndash bolţ 3 ndash toartă (biglu) 4 10 ndash rulment cu role cilindrice (de ghidare) 5 11 ndash garnituri de

etanşare 6 ndash rulment axial principal cu role conice 7 ndash fus 8 ndash reducţie 9 ndash rulment axial secundar cu bile 12 ndash felinar (capac) 13 ndash lulea 14 ndash piuliţă inferioară 15 ndash ţeavă de spălare 16 ndash cutie de etanşare 17 ndash etanşarea icircntre

partea superioară a ţevii de spălare şi lulea 18 ndash piuliţă superioară 19 ndash şuruburi de fixare

Capul hidraulic [1] (CH) este un utilaj care face parte din ansamblul de antrenare a GarF

El reprezinta nodul de legatura intre cele trei echipamente principale (EqPr) ale IF echipamentul

de circulatie (EqC) echipamentul de rotatie (EqR) si de manevra (EqM)

CH este suspendat in ciocul cirligului triplex cu ajutorul toartei sale La randul sau CH sustine

garnitura de foraj prin intermediul reductiei de legatura si al prajinii de antrenare De luleaua CH

se monteaza furtunul de noroi

43

Ca urmare functiunile CH sunt

1 Sustinerea GarF in timpul forajului

2 Permiterea rotatiei GarF

3 Conducerea fluidului de forajsub presiunede la FN la PA prin lulea teava de spalare

fus si RLCHin cazul circulatiei directe

Marimile fizice principale ale CH1 marimile functionale

- sarcina de lucru maxima

- turatia maxima a fusului

- presiunea maxima a fluidului de foraj

2 marimile dimensional-constructive

- diametrul interior al tevii de spalare

- tipo-dimensiulnile de legatura

3 marimile de anduranta

- sarcina limitacapacitatea in functie de rulmentul principal

- durabilitatea rulmentului principal

- durabilitatea etansarii tevii de spalare

Fig 31 Capul hidraulic (CH) montat icircn ciocul cacircrligului icircn timpul forajului

Alegerea capului hidraulic se face pe baza sarcinii maxime de lucru (FCH M

) si trebuie sa echipeze instalatia de foraj F200-2DH [1]

44

FCH M

geF M

(31)

FM =200 tf

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

(32)

Capetele hidraulice construite icircn Romacircnia sunt tipizate conform SR 5736 [66] care este

elaborat icircn concordanţă cu API Spec 8A [67] şi API Spec 8C [68]

Din tab 62 Cap 6 6 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH ndash 320 (ndash40degC) SR 5736

necesar instalaţiei de foraj alese F200

CHndash320 (ndash40degC) SR 5736 este un cap hidraulic echipat cu rulment axial-oscilant cu role

butoi cu sarcina maximă de lucru de 320tf care lucrează icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash

40degC

Conform SR 5736 acest tip de CH se caracterizează şi prin

Sarcina limită sau capacitatea maximă icircn funcţie de rulmentul principal FRLCH=147tf

pM = 35MPa nM = 300 rotmin di = 762 mm LP 4 (filetul de legătură al lulelei cu FF) 6⅝

REG LH (filetul de legătură cu RLCH)

32Alegerea ansamblului macara carlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 32 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]

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia [1]

FMC ge FCM (321)

Din tab32 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32-1250 MC -300 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii

45

Tabel 31 Caracteristicile Ansamblului Macara-Carlig

Tabelul 32 Tipurile de macarale-cacircrlig construite icircn Romacircnia şi caracteristicile lor (cf [69])

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (32)

GMC =8610t middot 981 ms2 = 84464 kN

46

UnMas F200Denumire 5-32MC-300

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300

Nr Roti manevra - 5

Diam cablului mm 32

Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140

Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in f-ie de rulmenti US tonf 347

Masa t 8610

Fig 32 Construcţia ansamblului-cacircrlig mono-bloc 1 ndash cacircrlig triplex 2 ndash bolţ 3 ndash pahar şi rulment axial 4 ndash tijă 5ndash piston 6 ndash arcuri de destindere 7 ndash piesă de legătură icircntre ansamblul cacircrligului şi macara 8 ndash axul macaralei 9 ndash role 10 ndash rulmenţii macaralei 11 ndash plăci laterale

33Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul de foraj reprezinta partea fixa a masinii macara-geamblac Se monteaza in

grupul mastului pe grinzi numite coroana geamblacului Este format dintr-un ax pe care se

monteaza un anumit numar de role (z+1) prin intermediul unor rulmenti Fiecare rola se misca

independent de celelalte (z-numarul de role de la macara) [1]

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

-geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţie romacircnească Avantajul acestui tip

constructiv este acela că este o construcţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

- 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

47

c geamblacul de foraj din două blocuri

- geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se pot roti şi interschimba asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

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

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

a geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

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

b geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

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 ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia [1]

Fig 331 Geamblac cu o roata separata

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 332

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

Alegerea geamblacului de foraj se face in functie de sarcina de lucru maxima de diametrul cablului utilizat de tipul cablului de manevra de tipul macaralei respectiv de tipul ansamblului macara-carlig

48

Pentru instalatia F200-2DH se alege unul din geamblacurile tipizate care sa indeplineasca cerintele impuse

Fig 33 2Geamblac monobloc 1 ndash suport (prin care GF se montează prin şuruburi de coroană ramă) 2ndash ax 3 ndash rolă roată 4 ndash rulment radial-axial cu role conice pe două racircnduri 5 ndash disc distanţier 6 ndash bucşă distanţieră 7 ndash ungător cu bilă (folosit pentru ungerea consistentă a rulmenţilor) (canalele de ungere sunt practicate icircn plan orizontal) 8 ndash placă de presare 9 ndash apărătoare

Pentru instalatia de foraj F 200 se va folosi un geamblac A 6 -32-1250GF-300 (-400C)(vezi [1] cap 54 tab56)adica geamblac de foraj cu 6 roţi role pe ax cu diametrul cablului de manevră de 32 mm

diametrul exterior al rolei de 1250 mm sarcina maximă de lucru 300tfşi temperatura de lucru de ndash

40degC Din tabelul 56 Cap 5 [1]se observă că acest tip de geamblac face parte din clasa

echipamentului (de manevră) 450

Tabel 33 Caracteristicile GeamblaculuiUnMas

Denumire 6-32GF-300Sarcina maxima la coroana geamblacului tf 400

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300Nr Roti manevra - 6

Diam cablului mm 32Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in functie de rulmenti US tonf 416Masa t 28

49

34Alegerea elevatorului 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

Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane de tubare (B-ElPCB) (bdquocasing slip

elevator-spiderrdquo icircn lb en) este o sculă de manevră care se foloseşte icircn timpul tubării puţurilor

atacirct pentru susţinerea coloanei de burlane (CB) ca broască cu pene aşezată pe masa rotativă

(MR) cacirct şi pentru săltarea din penele broaştei şi introducerea coloanei icircn puţ ca elevator (cu

pene) Deci aceste scule se folosesc icircn pereche icircn timpul tubării puţurilor una aşezată pe MR

susţine CB prin icircmpănare icircndeplinind funcţia de broască cu pene (vezi fig 341) iar cealaltă

care este susţinută icircn chiolbaşi avacircnd rolul de elevator (cu pene) se prinde tot prin icircmpănare pe

burlanul care s-a adăugat prin icircnşurubare la coloană saltă CB din broasca cu pene şi o susţine icircn

timpul introducerii ei icircn sondă (vezi fig 342)

Fig 342 Tragerea burlanului pe jilip cu ajutorul unui elevator de tras burlane pentru a fi icircnşurubat icircn

coloana susţinută icircn broasca cu pene

50

Fig 343 Varianta de elevator (cu pene) (cu inel ridicător) a broaştei-elevator cu pene cu două semicorpuri care este susţinută icircn ochiurile inferioare ale chiolbaşilor (11) icircn timpul introducerii coloanei de burlane (12) icircn puţul care se tubează 1 ndash corp carcasă 2 ndash umăr 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă de siguranţă 5 ndash corp de pană 6 ndash bacuri 7 ndash pacirclnie de ghidare 8 ndash cadru ridicător 9 ndash icircmpingătoare 10 ndash mecanism cu pacircrghii de ridicare

Din punct de vedere funcţional se deosebesc tipurile bull broască cu pene (BP) bull elevator cu pene (ElP)

Fig344 Broasca-elevator cu pene

51

In figura 344 este reprezentata Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane (broasca cu pene icircn partea de sus stanga elevatorul cu pene icircn partea dreapta şi vedere de sus a elevatorului cu pene icircn partea de jos) 1ndash corp 2ndash umăr braţ superior 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă (siguranţă pentru chiolbaşi) 5 ndash poartă uşă 6 ndash pene 7 ndash bacuri 8 ndash placă de sprijin (pe masa rotativă) 9 ndash guler de protecţie şi ghidare 10 ndash pacirclnie de ghidare HB ndash icircnălţimea broaştei cu pene HE ndash icircnălţimea elevatorului cu pene l ndash lăţimea broaştei-elevator

Alegerea elevatorului cu pene se face din conditiile urmatoare

FPgtFCBM

(341)

unde

FPleFBminusEl PCB

(342)

Studiind oferta companiei STEROM SA Cacircmpina conform ([1] cap 8 tab88) se alege un elevator cu pene de tipul

B-ElPCB 4frac12 ndash 13⅜ in x 350 ts (9⅝ x 275 ts x 8⅝) (ndash 45ordmC)

icircnseamnă broască-elevator destinată utilizării pentru burlane cu diametrul nominal cuprins

icircntre 4frac12 in şi 13⅜ in (inclusiv) cu sarcina nominală (sarcina maximă de lucru) de 350 ts (320tf)

echipată cu pene set de pene de 958 in cu sarcina nominală (maximă de lucru) de 275 ts (250 tf)

icircn care sunt montate bacuri de 858 in adică această broască-elevator este echipată pentru susţinerea

unei CB de 858 care determină icircn timpul manevrei ei o sarcină maximă la cacircrlig de cel mult 275ts

(250 tf) Ea este executată să lucreze icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash 45 ordmC

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

21t∙981ms2 =20601kN

35 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatorul pentru prăjini de foraj (ElPF) (bdquodrill pipe elevatorrdquo icircn lb en) este o sculă de

manevră care se foloseşte pentru susţinerea garniturii de foraj (GarF) icircn timpul extragerii şi

introducerii ei icircn sondă El prinde sub mufa PF şi este agăţat prin umerii săi icircn ochiurile

inferioare ale chiolbaşilor

ElPF se compune din

52

ndash două corpuri articulate care se icircnchid pe PF prevăzute cu cacircte un umăr cu care se suspendă icircn

ochiurile inferioare (mici) ale chiolbaşilor

ndash icircnchizatorul celor două corpuri

ndash eclise cu bolţuri prinse icircn umeri pentru asigurarea contra ieşirii chiolbaşilor

Elevatoarele se deosebesc prin forma lor modul de icircnchidere a celor două corpuri şi forma

suprafeţei de rezemare a prăjinilor

Din punctul de vedere al icircnchiderii se diferenţiază

ndash ElPF cu icircnchidere centrală (ElPFIcircC)

ndash ElPF cu icircnchidere laterală (ElPFIcircL)

După forma suprafeţei de sprijin al PF se disting

ndash ElPF cu scaun drept (ELPFSD) deci cu suprafaţă de rezemare dreaptă folosite pentru

manevrarea prăjinilor de foraj cu racorduri speciale sudate cu umăr drept (RSSUD) sau cu

racorduri icircnfiletate [1]

Fig 351 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun conic

ndash ElPF cu scaun conic (ElPFSC) care dispun de o suprafaţă de rezemare interioară tronconică cu unghiul de icircnchidere standardizat de 18deg ca şi mufele racordurilor speciale sudate cu umăr conic (RSSUC)

53

Fig 352 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun dreptElevatoarele sunt tipizate prescripţiile generale fiind prevăzute de API Spec 8A [85] şi

Spec 8C [86] Icircn fig 88 este reprezentat un ElPF cu scaun conic iar icircn fig 89 un ElPF cu scaun

drept

In figura 34 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic

Fig 34 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Alegerea elevatorului pentru prajini se face in functie de tipul prajinilor de foraj

1 Daca prajinile sunt cu recorduri speciale infiletate atunci cu scaun drept

2 Daca prajinile sunt cu racorduri speciale sudate atunci cu scaun conic

La alegerea elevatorului trebuie indeplinita conditia

FElgtFGar FMn

(sarcina normala utila de la carlig) (351)

icircn care FGar FM

este sarcina maximă care apare icircn timpul manevrării garniturii pacircnă la adacircncimea

maximă de foraj a puţului respectiv

54

Pentru că prăjinile de foraj sunt cu RSSUC si FGar FM

=122863kN conform tabelului 85

[1] cap 8 se alege un elevator cu scaun conic cu urmatoarea nominalizare

Elevator cu scaun conic 4frac12 x 1214 x 250 adica

elevator cu scaun conic cu dimensiunea nominală de 4frac12 ( pentru prăjini de foraj cu

RSSUC cu diametrul nominal de 4frac12 DPF = 4frac12) cu diametrul interior de 1214 mm (ceea ce

icircnseamnă că se utilizează pentru prăjini cu capetele fie cu II fie cu IEI (conform tabelului 85 cap

8) şi cu sarcina maximă de lucru de 250 tf cu masa mEl=1828kg conform NR 05-1018R STEROM

SA

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

ELpF= mEl middot g (253)

GEl = 1828 kg middot 981 ms2 = 18 kN

36Alegerea chiolbasilor

Chiolbaşii (Ch) (bdquothe drilling linksrdquo bdquoelevator linksrdquo icircn lb en) denumiţi şi bdquobraţele de

elevatorrdquo sunt scule de foraj care fac legătura icircntre cacircrlig şi elevator fiind utilizaţi icircn timpul

manevrei garniturii de foraj (GarF) şi coloanelor de burlane (CB)

Ei se agaţă cu ochiurile superioare de umerii cacircrligului şi susţin cu ochiurile lor inferioare

elevatorul prin umerii acestuia (vezi fig 361) Astfel sarcina datorată GarF sau CB este

preluată prin intermediul elevatorului de către Ch care o transmit cacircrligului [1]

55

Fig 361 Ansamblul format din macara-cacircrlig chiolbaşi şi elevator icircncare este susţinută garnitura de foraj icircn timpul manevrei acesteia

Din punct de vedere al sarcinii de lucru exista 3 tipuri de chiolbasi

1 Usor (sarcini mici)

2 Mediu (sarcini medii)

3 Greu (sarcini mari)

Tipul usor are forma de za alungita iar cel mediu si greu ndash de bara prevazuta la ambele capete cu

ochiuri

Chiolbasii se executa prin forjare in matrita dintr-o singura bucata de otel slab aliat de

constructii pentru a se asigura o rezistenta mare atat prin fibrajul obtinut prin procedeul tehnologic

respective cat si prin compozitie si prin TT folosit

Fig 362 Diferite tipuri de chiolbaşi

Alegerea chiolbasilor se face in functie de sarcina de lucru si de lungimea nominala

Fig 363 Tipurile de chiolbaşi şi dimensiunile lor principale a ndash chiolbaş de tipul uşor b ndash chiolbaş de tipul mediu c ndash chiolbaş de tipul greu C2 ndash raza de curbură interioară a ochiului superior G1 ndash raza de curbură interioară a ochiului

56

inferior D2 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului superior cu umărul cacircrligului H1 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului inferior cu umărul elevatorului d d1 ndash diametrul barei L ndash lungimea de lucru (dintre

punctele de sprijin pe umărul cacircrligului şi pe umărul elevatorului)

Conform normelor prevazute pentru F200-2DH se aleg chiolbasi de tip greu serie Chiolbaşi 69 x 2100 x 320

Gama de sarcini Fch = 320 tf perDimensiuni principale- d1 = 85 mm- C2 = 108 mm

- G1 =70 mm- D2 = 34 mm - H1 = 345 mm- Lungimea totala Lch = 2100 mm- Masa netă informativă mch = 247 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (36)

GCh = 247 kg middot 981 ms2 = 243 kN

37Alegerea cablului de manevra

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

1 la manevră cablul de manevră sau de foraj

2 la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcărit

3 la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancoră

4 pentru rabaterea turlei cablul de praştie

5 la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electrici

Cablurile 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

57

1 de acelaşi diametru 5 la fire2 de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 371)

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

Fig 371 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

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

1 organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)

2 metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)

3 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 ]

58

Fig 372 Cablarea a ndash icircnfăşurarea spre dreapta b ndash icircnfăşurarea spre stacircngac ndash cablarea icircn cruce stacircnga (ZS) d ndash cablarea icircn cruce dreapta (SZ)e ndash cablarea paralelă dreapta (ZZ) f ndash cablarea paralelă stacircnga (SS)

Alegerea cablului se face pe baza sarcinii sale reale minime de rupere (Srm) astfel icircncacirct să fie satisfăcută condiţia de rezistenţă (vezi [1])

Srm gecM middot FM (37)

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

CM - coeficientul de siguranţă pentru operatiile de tubare si instrumentatie care se accepta egal cu

valoarea 2 conform API Spec9B iar FM ste forta maxima din RA a infasurarii cablului Ea se

determina cu expresia[1]

(372)

in care FM este forta totala care actioneaza asupra ramurilor din cablu z ndash nr de role de la macaraηMminusG - randamentul masinii macara-geamblac la ridicareRandamentul masinii macara-geamblac la ridicare se obtine cu relatia (cf[1])

ηMminusG=β2 ∙Zminus1

2 ∙ Z ∙ β2 ∙Z ∙ ( βminus1 ) (373)

unde β este inversul randamentului unei role

β= 1ηRo

(374)

pentru care se admite valoarea β =104 conform API iar ηRo =096 (API) randament role

59

FM=FM

2sdotzsdotηM minusG

Conform tipului de ansamblu MC ales z =5 Atunci rezultă

ηMminusG =

1 04225minus12sdot5sdot1 042sdot5 (1 04minus1 )

=0 811

Forţa F M se calculează cu expresia (conform [1])

FM =F M +GoTsdot(1+

ac(M )

g )

(375)

unde FM

este sarcina maxima utila la carlig GoT - greutatea moarta la tubare g- acceleratia

gravitationala g= 981 ms2 ac(M )

- acceleratia miscarii carligului are valori cuprinse in domeniul

[0515]∙ ms2

Greutatea moartă la tubare se determină ţinacircnd cont de greutatea elementelor ansamblului

MC a chiolbaşilor (Ch) a elevatorului cu pene (ElP) şi a ramurilor de cablu dintre macara şi

geamblac

GoT =

GMC+G ch+GEl P+GCM

(376)

Deoarece la acest moment nu se cunoaşte tipodimensiunea cablului şi ca urmare masa sa unitară se face aproximaţia

GoT iquestGMC+G ch+GEl P (377)

rezulta

GOT=8446 kN+243kN+20601 kN=1075 kN

Ştiind tipul IF se determină

FM

=200tf= 200∙981 =1962kNSe accepta

ac(M )=1 m s2

si se obtine

FM =1962 kN+107 5 kNsdot(1+ 19 81 )=2080 46 kN

60

Se calculeaza

F =

2080 46 kN2sdot5sdot0 811

=256 531 kN

Se determină sarcina reală minimă de rupere necesară a cablului cu formula

Srmnec gecM middot FM (378)

c M=2 ( conform API) si rezulta

Srmnec =2∙256531kN=513062kN

Se alege un cablu Seale cu o măsură a lui Srm astfel icircncacirct să fie icircndeplinită condiţia următoare

Sr mgtSr m nec

(379)

Ca urmare din [1] tabelul 52 se constată că se poate alege

Cablu Seale 6x19-32-1570 SZ STAS1689-80

caracterizat prin

nT=6 nr toroane

n f=19=1+9+9 nr fire din fiecare torondc=32 mm diametrul nominalRm=1570 MPa rezistenta minima de rupere a sarmelorSr m=531 32 kN sarcina reala minima de rupered0=3 mm diametrul sarmelor centraled1=1 45 mm diametrul sarmelor intermediared2=26 mm diametrul sarmelor exterioarem1 C=3 89 kg m masa unitara

Tipul cablării cruce dreapta (SZ) adică sensul de icircnfăşurare a firelor icircn toron este spre stanga(S) iar sensul de icircnfăşurare a toroanelor icircn cablu este spre dreapta (Z)Sr m=531 32gtSr nec=513 062 kN

Deci conditiaSr mgtSr nec este satisfacuta

Se reia calculul pentru verificare

61

Trebuie sa recalculam FM tinand cont si de greutatea cablului GCM

GCM =2sdotzsdotlr CM(M ) sdotqc (3710)

qc - greutatea unitara a cabluluiqc =m1 Csdotg (3711)

qc =3 89 kg msdot9 81 m s2=38 161 N mlr CM(M ) =(15 m+lp )+sminuslb (3712)

lr CM(M )

=(15 m+27 m)+65 mminus9 m=26 m

in care s=65m ndash spatiu de siguranta lb=9m lungimea unui burlanlp=27m lungimea pasului

GCM=2sdot5sdot26 msdot38 161 N m=9 922 kN

GoT=107 5 kN+9 922kN=117 422kN

Pentru IF F200-2DH vom avea

F =

2091 413 kN2sdot5sdot0 811

=257 88 kN

c M=Sr m

F c M=531 32kN

257 88 kN=2 06gtc=2

Tabelul 375 Parametrii caracteristici ai cablurilor Seale 6 x 19 conform STAS 1689-80

38 Alegerea troliului de foraj

62

FN=200sdot9 81kN+117 442kN (1+ 19 81

)=2091 413kN

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

i 1 2 3 4 5 6Li-1 m 0 255 580 1040 1560 1955Li m 255 580 1040 1560 1955 2660lBI m 255 325 460 520 395 705CBI N80 J55 J55 J55 N80 N80

SBi m 1016 1016 894 1016 1016 1143m1Bi kgm 5362 5362 4766 5362 5362 5958

qBi Nm 526012 526012 467544 526012 526012 584479GBi kN 134133 170954 215070 273526 207774 412059

GCB3 kN 1413516Greutatea aparentă a CB (GaCB3 equiv GaCE) este greutatea acesteia icircn fluidul de foraj din puţul icircn care se introduce şi se determină cu formula (vezi[1])

Ga CE=GCE ∙(1minus ρ f

ρo) (125)

Rezulta

Ga CE=1413516 kN ∙(1minus125785 )=1188433kN

Se calculează greutatea coloanelor de burlane maximă cu relaţia următoare

GCBM = max (GCI GCE) (126)

GCBM = max (1413516kN 722187kN) = 1413516 kN

13Alegerea sapei pentru forajul putului de exploatare (vezi aplicatia 2)

Conform datelor obtinute in paragrafele 11 si 12 s-au 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 TEE 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 incat 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) asigurand un joc interior minirn (δimCBj-1)

12

Fig 114 Sapă cu role-con cu dantură cu dinţi frezaţi executaţi din corpul rolei

1ndash falcă 2ndash con cu dantură cu dinţi din oţel 3 ndash contracon4 ndash dispozitiv de spălare exterioară cu jet (cu duză)

5 ndash cep cu filet conic 6 ndash umărul cepului (icircmbinării filetate)

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 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 conform codificaţiei specifice

Din tabelul 1 [3] (aplicatia 1) se alege diametrul mufei coloanei de exploatare DMCE

corespunzătoare diametrului nominal al coloanei de exploatare DCE STAS 875 - 86 tab 6 icircn funcţie de tipul filetului

DMCE=1413 mm

Ca urmare se alege o sapă cu trei role pentru roci medii-abrazive (MA) Această sapă trebuie să foreze o gaură care să fie tubată cu o coloană de 5 in = 127 mm Pentru reuşita operaţiei de cimentare se recomandă (conform [11] tabelul 11) un spaţiu inelar cu măsura

δCEr = 15 mm

Se calculează diametrul sapei Ds cu următoarea relaţie

(131)

Conform [1] δCE se poate aprecia cu expresia de forma

δCEcong 012 ∙ DCE

(132)

si se obtine

13

δCEcong 012 ∙ 127 mm=1524 mmcong 15 mm

Se constată că cele două măsuri sunt apropiate Atunci folosind expresia

DS PE=iquestD M CE+2 ∙δCE riquest

(133)

rezulta

DS PE=iquest1413 mm+2 ∙15 mm=1713mmiquest

Dar sapa trebuie să treacă prin interiorul coloanei anterioare de 8⅝Prime (2191 mm) Această

coloană fiind introdusă la adacircncimea de 2660 m rezultă din diagrama de tubare că ultimul său

tronson trebuie să fie alcătuit din burlane cu grosimea maximă de perete de 1143 mm Deci

diametrul interior minim al coloanei intermediare de 8⅝Prime calculat cu relaţia

Di m CI ( I )=iquest D CI( I)minus2 ∙S BM iquest (134)

are măsura

Di m CI ( I )=2191 mmminus2 ∙1143 mm=1962 mm

Folosind tabelul 4 se observă că se poate alege o sapă cu diametrul nominal de 6frac34Prime (1715 mm) cu ajutorul căreia se realizează spaţiul inelar cu măsura recomandată respectiv

δCE=05 ∙ (1715 mmminus1413 mm )=151mm

şi care poate trece prin tronsonul cu diametrul interior minim al CI(I) jocul interior minim

determinat cu relaţia (cf [11])

δ i m CI ( I )=05∙ (Di m CI (I )minusDS PE ) (135)

δ i m CI ( I )=05∙ (1962 mmminus1715 mm )=123 mm

Icircn continuare se alege varianta constructivă de sapă MA- 634 DGJ cu diametrul de 6frac34Prime necesară pentru roci MA Adică o sapă cu dinţi din oţel avacircnd contraconul icircntărit şi prin ştifturi din carburi metalice sinterizate (D) cu lagăre cu alunecare etanşe (G) şi cu spălare exterioară cu fluid de foraj (cu jet) (J)

14

14 Alegerea 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 adancime (AnAd) al GarF

Exista doua variante de executie a PG(vezi [3]aplicatia 4)

1 forjate cu tratament termic de imbunatatire pe toata lungimea2 laminate (din tevi cu pereti grosi) cu tratament termic de normalizare si о imbunatatire

la capetePG se realizeaza in urmatoarele forme constructive

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

Fig 141Prajini grele circulare (PGC)

Tabelul 143 Alegerea diametrului nominal al PG (DPG) icircn funcţie de diametrul sapei

(DS)

Ds mm

1365divide1411

1492divide1615

1615divide1715

2127divide2286

2444divide2508

2695 295 3112 3492 ge3747

DPG mm

114(108)

121divide139

(114divide

133divide146

(121divide

187(159)

203(178)

229(203)

245(219)

245(229)

254(229)

273(254)

15

121) 133)

Alegerea PG inseamna determinarea masurilor urmatoarelor marimi

1 diametrul nominal (DPG)2 diametrul interior (DPGi)3 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 avand 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 cat mai mare a diametrului nominal

2 asigurarea unui spatiu inelar (SI) intre peretele putului si PG cu omasura cat mai mare

pentru ca pierderea de presiune (ΔpSIPG) rezultata la curgerea fiuidului de foraj sa fie cat

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 implicand o masura cat mai mica a diametrului nominal

Pe baza unor cercetari experimentale (cf [2]) efectuate in conditii de santier privind viteza medie

de avansare a sapei (vAv) si timpul de prindere in teren a GarF pentru fiecare sonda (tPrSd) in

functie de raportul D2PG D2

S s-a constatat ca exista un domeniu optim de valori pentru acest

raport

D2PG D2

S =[06 07]

Fig 142Viteza 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 foraj

16

Icircn funcţie de valoarea raportului DPGDS se clasifică (cf [6]) PG şi tipurile de formaţiuni icircn care

se recomandă să se foreze (vezi tabelul 142)

Tabelul 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

Pentru alegerea PGC se recomanda relatia empirica[6]

DPG=DS-25 (142)Pentru forajul putului de exploatare al Sondei 7 se considera ca nu exista pericol de

prindere in formatiunea geologica traversata prin foraj pana la adancimea finala

Avand in vedere tipul de formatiune precizat mai sus conform tabelului 2 se alege PG

supradimensionata cu DPG DS= 089

DPG= 1715mm ndash 25mm =1465mm

Din tabelul 143 conform [6] se alege DPG= 146mm Din tabelul 1 (vezi aplicatia 4) se

alege măsura standardizată a diametrului nominal cea mai apropiată de măsurile rezultate anterior

adică DPG = 1524 mm pentru care exista DPGi isin572 715]mm cu m1PGisin 1234 1115 kgm

Rezultă DPGDS = 08886 089cong

ceea ce este icircn acord cu tipul de PG supradimensionată recomandată pentru formaţiunile

fără pericol de prindere

Se calculeaza greutatea unitara

qPG=m1PG ∙ g (143)

unde

DPGi este diametrul interior prajini grele

- pentru DPGi= 572 mm

q=1234kgm

∙ 981ms=1210554

Nm

=1211kN m

unde g este acceleratia de cadere libera g=981 ms2

- pentru DPGi= 715 mm

q=1115kgm

∙ 981m

s2=1093815

Nm

=1094 kN m

17

Se calculeaza coeficientul pierderii de presiune din interiorul PG cu formula

α PGi=

8π 2

sdotλPG i

DPG i5

in care

(144)

λPGi reprezinta coeficientul de rezistenta hidraulica liniara si are o valoare constanta si anume (conform [1])

λPGi=002

- pentru DPGi= 572 mm

α PGi=

8π 2

sdot 0 02

(5 72sdot10minus2 )5 m5= 8

π2sdot2sdot10minus2sdot1010

5 725 m5= 8

π2sdot20000sdot104

5 725 m5=26475sdot104 mminus5

- pentru DPGi= 715 mm

α PGi=

8π 2

sdot 0 02

(7 15sdot10minus2)5 m5= 8

π2sdot2sdot10minus2sdot1010

7 155 m5= 8

π 2sdot20000sdot104

7 155 m5=0 8675sdot104 mminus5

Daca se alege masura mai mica a diametrului interior atunci lungimea AnAd va fi mai mica

dar fara sa se evite fenomenul de flambaj deoarece aceasta lungime este mai mare decat 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 alege PG cuDPG= 6 in= 1524 mm DPgi = 2 1316 in= 715 mm IFU de tipulNC 44 m1PG = 1115 kgm

Mir=244kNm (momentul de insurubare recomandat) i=W M

( lC)

W C(1905 )=284

Se observa ca i=284gtiopt= 25 ceea ce inseamna ca imbinarea filetata cu umar a PG asigura o rezistenta mare la oboseala in sectiunile sale critice (Vezi [1])

14Verificarea la flambaj a ansamblului de prajini grele

141 Determinarea lungimii ansamblului de adancime

Pe baza datelor obtinute anterior se calculeaza lungimea ansamblului de PG (LAnAd) cu formula (vezi [1])

18

LAn Ad=FS

c L ∙qPG ∙(1minusρf

ρo)∙ (cosθminusμa sinθ)

(151)undeFS este forta de apasare pe sapa ρ f -densitatea fluidului de foraj(150tm3) ρ odensitatea otelului(785tm3) LAnPG este lungimea ansamblului de prăjini grele in m

qPG ndash greutatea unitara a PG CL ndash coeficientul lungime Fs ndash forta de apasare pe sapa Ө - unghiul mediu de deviere al sondei fata de vertical g ndash acceleraţia gravitaţională in ms Densitatea fluidului de foraj se poate aprecia cu expresia empirică(cf [8])

ρ f=125+025∙ ln (H ∙10minus3) (152)

ρ f=[125+025∙ ln (35 ∙ 103 ∙10minus3 ) ] t

m3=1563 t m3

Din conditiile tehnologice se alege ρf =15 tm3 (vezi Ap 1)Se calculeaza greutatea unitara a PG

qPG=m1 PGsdotg (153)

qPG=1115kgm

∙981m

s2=109382

Nmcong 1094

kNm

Se calculează forţa de apăsare pe sapă (cf [8])

FS=(03+7 5sdot10minus5sdotH )sdotDS

(154)

FS=(03+75 ∙ 10minus5 ∙35 ∙103)∙ 1715 kN= 9647 kN

Se calculeaza lungimea ansamblului de PG cu expresia (151)

LAn PG=9647 kN

0 85sdot1 094 kN msdot(1minus 157 85 )sdot(cos 30minus03sdotsin 30)

=130 475 m

Өiquest30

Se determina numarul de PG cu relatia

nPG=L An PG

lPG (155)

Unde lPG reprezinta lungimea unei prajini grele Daca se admite pentru lPG

19

masura normala care este egala cu 9m atunci se obtine

nPG=130 475m9 m

=14 49≃15

Se alege nPG=15 si se recalculeaza LAnPG

LAn PG=15sdot9m=135 mSe recalculeaza coeficientul de lungime al AnPG

c L=96 47 kN

135 msdot1 094kNm

sdot(1minus 157 85 )sdot(cos 30minus03sdotsin 30)

=0 821

si se constata ca valoarea lui se gaseste in domeniul recomandat adica [070 085]

142 Verificarea la flambaj a AnPG (vezi [3] aplicatia5)

Lungimea supusa la compresiune a AnPG este c LsdotLAn PG=0 821sdot135=110 835 m (156)

Se calculeaza lungimea critica de flambaj a AnPG(vezi [1])

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 PGExpresia de sub radical adică

(158)

se numeşte (conform lui N Pacircrvulescu) volum de rigiditate la gravitatie deoarece are dimensiunea unui volum si exprima un caracter de rigiditate al PG

Momentul geometric axial se calculeaza cu formula

I PG= π64

sdot( DPG4 minusDPG i

4 ) (159)

I PG= π64

sdot(15 244minus7 154) cm4=2520 375 cm4≃2 5203sdot10minus5 m4

20

Greutatea unitara aparenta a PG se determina cu formula

qa PG=qPGsdot(1minusρf

ρo) (1510)

Se obtine

qa PG=1 094kNm

sdot(1minus 157 85 )=0 885

kNm

Măsura volumului de rigiditate la gravitaţie al PG este

V PG=21∙ 1011 N

m2∙ 2520375 ∙10minus5 m4

0885∙ 103 Nm

=5981∙ 103 m3

Rezultă imediat măsura lungimii critice de flambaj a AnPG

LAn PG cr=17∙3radic5981∙103 m3=3085 mcong 31 m

Comparand aceasta masura a lungimii critice de flambaj a AnPG cu aceea a lungimii

portiunii din AnPG supuse la compresiune se constata

c LsdotLAn PG=110 835 mgtLAn PG cr=31 m

Ceea ce inseamna ca AnPG flambeaza sub actiunea fortei de apasare pe sapa Avand 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 corector-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 prajinile grele al doilea

al treilea si respectiv al patrulea stabilizator (vezi cap 1fig124 f)

21

Fig 143 Alcătuirea ansamblului de adacircncime al garniturii de foraj

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

Alegerea prajinilor de foraj (vezi Apl 6)Prăjinile de foraj (PF) sunt fabricate din ţevi de oţel laminate la cald icircngroşate la capete Se execută următoarele tipuri de PF [6] ndash PF cu racorduri speciale sudate (prin presiune de contact) (PFRSS) ndash PF cu racorduri speciale filetate (PFRSF)

PFRSS se realizează icircn conformitate cu STAS 80371-80 (bdquoPrăjini de foraj pentru racorduri sudate Clasele de rezistenţă D E şi G-105 Dimensiunirdquo) şi conform normei API 5A ndash pentru PF din clasele de rezistenţă D şi E ndash şi normei API 5AX ndash pentru PF din clasele de rezistenţă X-95 G-105 şi S-135 După forma icircngroşării capetelor PFRSS se execută icircn trei variante (vezi fig 161)

ndash PF cu capete icircngroşate la interior (II) (sau IU ndash Internal Upset conform API) ndash PF cu capete icircngroşate la exterior (IE) (sau EU ndash External Upset conform API) ndash PF cu capete icircngroşate la exterior şi la interior (IEI) (sau IEU ndash Internal- External Upset conform API)

22

Fig 161 Prăjini de foraj cu racorduri speciale sudate (PFRSS) [1] a ndash varianta II (cu capetele icircngroşate la interior) respectiv IU (Internal Upset) conform API b ndash varianta IE (cu capetele icircngroşate la exterior) respectiv EU (External Upset) conform API c ndash varianta IEI (cu capetele icircngroşate la exterior şi la interior) respectiv IEU (Internal-External Upset) conform API

Alte tipuri de PF sunt ndash PF cu perete gros ( Thick Wall Drill-Pipe icircn lb en) ndash PF cu grosimea de perete variabilă ndash PF cu racorduri speciale sudate cu canale elicoidale şi cu perete gros

Racordurile speciale pentru sudare (RSS) de la PF cu II IE şi IEI au tipodimensiunile şi

condiţiile tehnice reglementate icircn STAS 75701-80 (bdquoRacorduri speciale pentru sudare prin contact

la prăjini de foraj din clasele de rezistenţă D şi Erdquo) icircn norma API Spec 7 şi de asemenea icircn

normele interne ale firmelor constructoare RSS se execută icircn două variante constructive (fig

162)

ndash varianta A RSS cu scaun conic

ndash varianta B RSS cu scaun drept

23

Fig 162 Racorduri speciale pentru sudare (RSS) la prăjini de foraj [2] varianta A (cu scaun conic) varianta B (cu scaun drept)

Normele API Spec 7 prevăd RS şi pentru PF confecţionate din oţeluri din clasele de rezistenţă

superioare X-95 G-105 şi S-135

RSS sunt prevăzute cu icircmbinări filetate cu umăr (IcircFU) standardizate icircn STAS 8351-80

Alegerea prăjinilor de foraj

A alege prăjinile de foraj (PF) icircnseamnă a stabili ndash tipul PF

ndash diametrul nominal (DPF) şi grosimea de perete (sPF)

ndash clasa (gradul) de rezistenţă ndash clasa de uzură

ndash intervalul de măsuri ale lungimii

Criteriile pe baza cărora se face alegerea PF sunt următoarele

1) rezistenţă maximă la solicitările statice şi variabile care se asigură prin alegerea

corespunzătoare a tipului de PF a clasei de rezistenţă şi a celei de uzură a PF a intervalului de

măsuri ale lungimii PF şi a unei măsuri a grosimii de perete cacirct mai mari

2) rezistenţă maximă la acţiunea mediului coroziv care impune alegerea corespunzătoare a oţelului

şi dacă este cazul alegerea PF cu acoperiri speciale anticorozive şi de asemenea a unei măsuri a

grosimii de perete cacirct mai mari

3) energie minimă consumată icircn timpul forajului care icircnseamnă

a) energie mecanică de rotaţie minimă care se asigură prin alegerea unor măsuri ale

diametrului nominal şi grosimii de perete cacirct mai mici 24

b) energie hidraulică minimă (consumată prin circulaţia fluidului de foraj)ceea ce

presupune o pierdere de presiune minimă la curgerea fluidului de foraj prin interiorul PF care

determină alegerea unei măsuri cacirct mai mici a grosimii de perete

4) energie minimă consumată icircn timpul manevrei GarF ceea ce presupune alegerea PF cu măsura

minimă a masei unitare

Diametrul nominal al PF reprezinta diametrul exterior al corpului PF DPF=DPFe (161)

Diametrul nominal al PF se determina in functie de Dsmasurile orientative fiind date in tabelul de mai jos

Ds mm 150170 150200 175225 200250 225300 gt250DPF mm(in) 889(3 frac12) 1016(4) 1143(4 frac12) 127(5) 1397(5 frac12) 1683(658)

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

Pentru diametrul sapei de foraj determinat icircn subcapitolul anterior Ds= 1715 mm = 634rdquo se alege diametrul nominal al prăjinii de foraj DPF =4 frac12rdquo = 1143 mm

Din STAS 8037 ndash 88 (vezi aplicatia 5 tabelul 1) se alege diametrul nominal standardizat 412rdquo E 75 cu urmatoarele caracteristici

- masa cu racorduri m1PF= 33 Kgm

- grosimea peretelui s= 1092 mm

- diametrul interior DPfi= 9246=925 mm

- aria prăjinii de foraj A= 3547 mm2

- modulul de rezistentă WP= 10583 cm3

- tipul icircngroşării EU

- gradul de rezistenta E 75

- presiunea exterioara limita pel= 894 bar= 894MPa

- presiunea interioara limita pil= 865 bar =865MPa

- forţa de tracţiune limita FtcL= 1834 kN

- momentul de torsiune limita MtLPF= 5003 kNm

- tipodimensiunea IFU a RSS NC46 (4IF)

Solicitari care duc la limita de curgere a RSS

- momentul de insurubare limita dpdv al curgerii materialului RSS

25

M i RS L=53 69 kNm

FtRSL = 4 664 kN (forţa de tracţiune limită dpdv al curgerii materialului RSS)

- momentul de insurubare recomandatM i r=27 3 kNm

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)

Se obtine

APF=π4sdot(114 32 mmminus92 462 mm)=3547 mm2

Se determina modulul de rezistenta polar al sectiunii transversale a corpului PF cu formula

W p=I p

DPF

2

(162)

unde I p este momentul geometric polar al sectiunii transversale a corpului PF

I p=π32

∙( DPF4 minusDPFi

4 )= π32

∙ DPF4 ∙[1minus( DPFi

DPF)

4] (163)

I p=π

32sdot114 34 mmsdot[1minus(925 mm

114 3 mm )4 ]=9569240 653 mm4=956 924 mm3

deci

W p=π

16sdotDPF

3 sdot[1minus( DPF i

DPF)

4]

(164)

Rezulta

W p=π

16sdot114 33sdot[1minus(92 5

114 3 )4]=167658 175 mm3

Calculul tensiunii de tractiune

σ tcl=F tcl

APF

(165)

26

σ tcl=1834 kN

3547 mm2 =1834 ∙ 103 N3547 mm2 =517056 ∙106 Pa

Aceasta tensiune arata limita de curgere minima conform tabelului cu caracteristicile

mecanice ale prajinilor de foraj pentru clasa de rezistenta E75 (vezi aplicatia 6) Limita de curgere

trebuie sa se situeze in intervalul 517hellip724 In cazul nostrum limita este 517 MPa care se

incadreaza intre valorile recomandate

-calculul tensiunii tangentiale τ=G∙θ ∙ r (166)

θ=M t

G ∙ I p

(16 7)

Unde G este modulul de elasticitate transversal al materialului din care se confectioneaza PFPentru otel G= 81010 Paθ- torsiunea specificar- raza punctului considerat din sectiunea transversala a corpului PF

θ= 5003∙ 103 Nm8 ∙ 1010 N m2 ∙ 0956∙ 10minus5m4 =653 ∙ 10minus2 1

m

τ=8 ∙1010 N

m2∙ 653 ∙ 10minus2 mminus1∙ 5785∙ 10minus2m=29855106

N

m2

Aceasta tensiune reprezinta tensiunea tangentiala de curgere

Lungimea ansamblului superior utilizat pentru forajul putului de exploatare se determina cu

expresia

LAn S=H MminusLAn PG (168) LAn S=3500 mminus162 m=3338 m

Se calculeaza numarul de PF

nPF=

LAn S

lPF (169)Considerand ca lungimea unei prajini este cea normala adica 9m se obtine

nPF=3338

9=37088

Se alege nPF=371 si se recalculeaza lungimea AnS

LAnS=371∙9m=3339 m

27

17Alegerea 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

garnitura stanga) [1]

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 masa rotativă 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 (658 REG) in timpul forajului după tubarea unei coloane de burlane prăjina

de antrenare trebuie uneori schimbată ndash diametrul cepului 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 de lucru 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 [1]

28

Fig 171 Prăjina de antrenare forjată a ndash pătrată b ndash hexagonală

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

Alegerea 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-cep

Se prefera alegerea unei prajini de antrenare forjate deoarece nu necesita reductii de legatura

proprii asa cum este cazul prajinii laminate

29

Fig172 Reducţii de legătură icircntre prăjina de antrenare (PA) şi racordul special (RS) denumite RLRS a ndash

reducţie dreaptă (pentru icircmbinări filetate cu aceleaşi dimensiuni) b ndash reducţie icircn trepte (pentru icircmbinări filetate cu

dimensiuni diferite)

Se alege o prajina de antrenare forjata patrata avand elementul de imbinare superioara de

tipul mufa cu filet stanga de tipul 658 REG pentru asamblarea cu reductie cap hidraulic(RLCH)

Pentru ansamblul superior al garniturii de foraj s-a stabilit ca se iau prajini de foraj de 4 12 in cu

racorduri speciale sudare(RSS) cu IEI si tipodimensiunea IFU NC 46

Ca urmare conform tabelului 1 aplicatia 7 se alege prajina de antrenare in varianta

constructiva 1(standard) cu dimensiunea nominala de 4 frac14 in Se foloseste o RLPA dreapta de

tipul mufa(NC46)-cep(NC46) ca in figura 172 a

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 infDPA

mm(in)DPAi mm

a mm

lPA m

mPAkg

1cep

6 58 REGmufăNC46

mufă6 58

REG

cepNC46

A (dreapta) NC46-NC46

108(4 14)

714 108 12192 800

30

18 Alegerea tipului de instalatie de foraj

Instalaţia de foraj reprezintă totalitatea maşinilor utilajelor si instalaţiilor necesare săpării unei sonde

Studiul pe sisteme al instalaţiilor de foraj corespunde principalelor operaţii care se efectuează

pentru forarea unei sonde precum si principalelor grupe de maşini si utilaje care intra in

componenta acestor instalaţii

Sistemele de lucru ale unei instalaţii de foraj sunt

1 Sistemul de manevra mdash SM- cu ajutorul căruia se realizează ridicarea si coboracircrea

sarcinilor

2 Sistemul de circulaţie - SC - care asigura circulaţia fluidului de foraj

3 Sistemul de rotire - SR - care realizează rotirea garniturii de prăjini in timpul forajului

In cazul instalaţiilor de foraj transportabile apare si sistemul de transport

Pentru asigurarea condiţiilor de funcţionare a sistemelor de lucru instalaţia de foraj mai

cuprinde sistemul de comenzi instalaţia de preparare si curăţare a fluidului de foraj dispozitive

de mecanizare si automatizare ansamblul de scule materialul tubular [1]

Alegerea instalaţiei de foraj se face pe baza sarcinii maxime utile (sarcinii maxime de lucru) FM (V APLICATIA 9)

In aplicatiile anterioare s-au determinat greutatile fiecarei coloane de burlane si anume

GCI(I)= 1413516 kN GCE= 722187kN

Rezulta ca cea mai grea CB GCBM=max GCI(I) GCE=1413516 kN

S-au ales pentru forajul putului de exploatare prajini grele cu DPG=6 in=1524 mm

DPGi=2 1316 in= 715 mm m1PG = 1115 kgm qPG=1094kNm LAnPG=135 m

Se determina greutatea AnPG

GAn PG=qPGsdotL An PG

(181)

si se obtine

GAnPG=1094kNm135m=14769kN

Greutatea unitara a PFse calculeaza folosind formula

qPF=m1 PFsdotg (182)

qPF=33kgm

sdot9 81m

s2=323 73

Nm

31

Greutatea AnS va fi

GAn S=qPFsdotLAn S (183)

GAn S=323 73Nm

sdot3 339sdot103 m=1080 934kN

Greutatea GarF se obtine insumand greutatea AnPG si greutatea AnS

GGar F=GAn PG+GAn S (184)

Se obtine

GGar F=147 69 kN+1080 934 kN=1228 624 kN

Se considera ca cea mai grea GarF este garnitura utilizata pentru forajul putului de exploatare

GGar F M=1228 624 kN

Alegerea IF se face pe baza sarcinii nominale de la carlig si a tipului de actionare

FM =max FM T FM D (185)

Sarcina maxima utila de tubare se calculeaza cu formula[1]

FM T

=GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+(1+kmf( M ) )sdot

ac

( M )

g ] (186)

in care

k r(M )estecoeficientul fortei de frecare la ridicarea coloanei de burlane intre peretele putului si

fluidul de foraj k mf(M )minusiquestcoeficientul de masa al fluidului de foraj din interiorul coloanei aderent la

coloana ac(M )- acceleratia miscarii carligului in cazul ridicarii sarcinii normale

kDij- coeficientul diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

ρ0 ndashdensitatea otelului din care sunt confectionate burlanele

ρf -densitatea fluidului de foraj

Coloana fiind considerată plină cu fluid de foraj cu aceeaşi măsură a densităţii ca şi aceea

din interiorul puţului forat coeficientul k mf(M ) se determină cu formula [1]

k m f=ρf

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1] (187)

unde DCB este diametrul nominal al CB GCBM ndash greutatea celei mai grele coloane de burlane Sfa- grosimea startului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al coloanei de burlane

32

LCB ndash lungimea CB lj ndash lungimea tronsonului de ordinul j kDij ndash coef diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

K Dij=Dibj

DCB

(188)

Pentru CI(I) de 858in vom avea

DCI(I)=858in= 2191 mmntCI(I)=6

sB jisin 10 16 10 16 8 94 10 16 10 16 11 43 mmDi B jisin 198 8 198 8 2012 198 8198 8 196 8 mm

k Di jisin 0 907 0 907 0 918 0 907 0 907 0 898 l jisin 255 325 460 520 395 705 m

LCI(I)=HCI(I)=2660m

=125tm3

sf a=0 653 mm grosimea stratului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al CB

iquestsumj=1

6

(1minusk Di j2 )sdotl j=

(1-09072)sdot255+(1minus09072 )sdot325+(1-09182 )sdot460+ (1minus09072 )sdot52 0++ (1-09072)sdot39 5+(1minus0 8982)sdot705=473 972 m

Se admite

k r(M )=02

si ac

(lt M )=1 ms2 Se obţine

Sarcina maxima utila la tubare

FM T =1413 516 kN sdot[(1minus1 25 t m3

7 85 t m3 )sdot(1+02 )+ (1+0 745 )sdot 19 81 ]=1677 556 kN

Sarcina maxima utila de degajare a celei mai grele garnituri de foraj se determina cu relatia[1]

FM D =GGar F Msdot(1minus ρ f

ρo)+FD M

FD M este forta de degajare maxima FD M =300kN

33

k m f(M )=

ρ f

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

5

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1]=

Măsura lui FDM se apreciază icircn funcţie de măsura lui HM conform tabelului 1 aplicatia 9

FM D =1228 624 kNsdot(1minus1 25 t m3

7 85 t m3)+300 kN=1332 983

kN

Conform rezultatelor de mai sus se obtineFM

=max 1677 556 1332983 kN=1677 556 kN 9 81≃171 0047 tf

Ca urmare se poate alege o IF transportabilă pe cale terestră pe subansamble (SAn) din clasa F 200 (vezi [1])

Tipul acţionării se alege icircn funcţie de posibilitatea de alimentare cu energie electrică a IF icircn

zona de amplasare de instalaţiile aflate icircn dotarea firmei de foraj şi de costul comparativ al

combustibilului şi al energiei electrice din perioada cacircnd o să lucreze instalaţia icircn situaţia icircn care

firma dispune de instalaţii cu acţionări neautonome sau autonome

Se admite că situaţia din zona de amplasament a IF impune o acţionare de tipul DH Avacircnd

icircn vedere acest lucru rezultă că se poate alege o IF de tipul

F-200-2DH (T(SAn))

19 Concluzii

Pe baza datelor luate din materialul didactic si standardele nationale cat si internationale s-a

facut un calcul teoretic de alegere al instalatiei de foraj Luand in consideratie ca mediul real poate

aduce un aport negativ asupra calculelor teoretice in rezultatele prezentate mai sus s-au luat niste

coeficienti de siguranta care sa acopere riscurile posibile totodata s-a constatat ca desi pentru

Sonda 7 Pacurari este necesara o instalatie mai mica decat cea aleasa am fost nevoit sa aleg anume

F200-2DH deoarece conditiile tehnico-economice presupun utilizarea tipului utilajului folosit deja

in industria petroliera si standardizat conform normelor STAS si API

2 PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

21 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

34

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

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 arborele 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 [1]

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 MBM 820 cu supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului DH de tipul GF-820+CHC-750-2 sunt

prezentate icircn fig 21 Se analizează dependenţele funcţionale reprezentate de aceste curbe (vezi

aplicatia 13)

35

Fig 2 1 Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului de acţionare de tipul DHformat din GF 820 şi CHC-750-2 pentru reglarea motorului diesel la sarcină plină

şi funcţionarea lui cu gradul maxim de accelerare (la care puterea maximă amotorului este puterea nominală Pn) şi funcţionarea lui cu gradul maxim deaccelerare MI MII ndash momentul dezvoltat la arborele primar (I) respectiv laarborele secundar (II) al CHC ωI ωII ndash viteza unghiulară PI PII ndash puterea

ηCHC ndash randamentul CHC

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (210)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (211)

Tabel 311 Parametrii functionali ai grupului de actionare GF-820 + CHC-750-2

36

Fig 211 Curba caracteristica exterioara a CHC este o caracteristica flexibila cresterea momentului rezistent este

preluata de CHC prin reducerea importanta a vitezei unghiulare a arborelui secundar

Din aceste grafice se deduce ca pentru ηm= 07 DEF al CHC-750-2 reprezentat prin ηCH ϵ

[0700 0847] nII ϵ [275 950] rotmin MII ϵ [14730 4000] kNm

Din datele obinute rezulta avantajele utilizarii CHC in cadrul GA de tipul DH

1 CHC lucreaza ca un variator continuu de viteza adica ωII se modifica automat si continuu odata cu variatia momentului rezistent aplicat arborelui secundar astfel se spune ca CHC isi regleaza regimul de functionare deci CHC permite o autoadaptare a GA la sarcina

2 Utilizarea CHC simplifica lantul cinematic al IF37

3 CHC protejeaza motorul Diesel impotriva suprasarcinilor si a socurilor transmise de la antorul sistemului de lucruinclusive in situatia blocarii secundarului

Fig 212 Curbele caracteristice pentru sarcina plina ale motorului MBM-820 si curba puterii in functie de sarcina plina a aceluiasi motor

22 Alegerea modului de acţionare

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

38

Instalaţiie 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[1]

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

39

Fig 221 Schema structural-functionala a unei instalatii de foraj cu mod de actionare centralizatin varianta MAC2 cu

actionare DH

S-a ales varianta MAC2 in care PN este actionata separat formand impreuna cu GA si transmisiile mecanice respective un grup motopompa (GMP) dupa cum TA este DH vezi 1[1])

23 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

1 pompe centrifuge pentru hidrocicloane2 site vibratoare 3 agitatoare4 pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de foraj5 pompe centrifuge pentru apa6 pompe centrifuge pentru chimicale7 pompe pentru reziduuri8 pompe pentru combustibil9 comanda hidraulica a prevenitoarelor10 instalaţie pentru uscarea aerului11 agregate pentru icircncălzire12 maşini-unelte13 agregat pentru sudura

40

14 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

Tabel 231 Consumatorii auxiliari de forta utilizati in cadrul IF de tipul F200-2DH si puterea lor

NrCrt

Denumirea consumatorilor Puterea motorului

kW

NrmotoarePuterea totala

kW

A Instalatia de foraj propriu-zisa

1 Site virbatoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 10 75

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa racire troliu 75 1 75

5 Pompa apa racire frina hidraulica 75 1 75

6 Pompe instalatie amestec chimicale 3 2 6

7 Pompe combustibil 3 2 6

8 Pompe ulei 15 1 15

9 Pompe de preparare a fluidului de foraj 75 2 150

10 Pompa baterie denisipare 55 1 55

11 Pompa baterie desmiluire 50 1 50

12 Instalatie degazeificare 5 1 5

13 Degazeificator 30 1 30

14 Instalatie de preparare centrifuga 20 3 60

15 Instalatie transport material pulverulent 4 1 4

16 Dispozitiv salvare garnitura 20 1 20

17 Dispozitiv strins-slabit 11 1 11

18 Dispozitiv manevra prajini grele 75 1 75

19 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

20 Pod tubaj reglabil 75 1 75

21 Instalatie comanda prevenitoare 11 1 11

41

22 Instalatie de uscare aer 15 1 15

23 Instalatie iluminat normal 18 1 18

24 Instalatie iluminat siguranta 08 1 08

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

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

PCsAF = 5928 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

24 Calculul puterii instalate

Puterea instalata a IF (Prsquo) reprezinta puterea motoarelor utilizate pentru actionarea

antoarelor principale a celor auxiliare si pentru actionarea celorlalte utilaje si instalatii folosite

pentru executarea diverselor operatii auxiliare

Prsquo = P + PCsAF (241)

P = n Pn (242)

Pn-Puterea nominala a motorului MB820 Pn= 655 kW

n-numarul de motoare folosite

P = (2+2) ∙ PnP = (2 + 2) 655kW = 2620 kW

Prsquo= 2620 kW + 5928 kW = 32128 kW

25 ConcluziiIn capitolul 2 s-au ales grupurile de actionare Alegerea s-a facut pe baza analizei

parametrilor motoarelor si caracteristicile acestora s-a evidentiat modul de utilizare al acestor

grupuri de actionare astfel incat sa fie satisfacute conditiile de tehnologicitate si economicitate

Acest lucru s-a facut pentru a obtine niste parametri de lucru cat se poate eficienti si economici

deoarece in cazul neindeplinirii uneia din conditii se pot intampla atat stagnari ale procesului

normal de foraj (uneori poate chiar si cu consecinte catastrofale) cat si pierderi financiare mari

42

3 ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ SI PREZENTAREA PARAMETRILOR SI CARACTERISTICILOR LOR

31Alegerea capului hidraulic

Fig31 Secţiune prin CH (reprezentare schematică (a) şi reprezentare constructivă (b))1 ndash corp (oală) 2 ndash bolţ 3 ndash toartă (biglu) 4 10 ndash rulment cu role cilindrice (de ghidare) 5 11 ndash garnituri de

etanşare 6 ndash rulment axial principal cu role conice 7 ndash fus 8 ndash reducţie 9 ndash rulment axial secundar cu bile 12 ndash felinar (capac) 13 ndash lulea 14 ndash piuliţă inferioară 15 ndash ţeavă de spălare 16 ndash cutie de etanşare 17 ndash etanşarea icircntre

partea superioară a ţevii de spălare şi lulea 18 ndash piuliţă superioară 19 ndash şuruburi de fixare

Capul hidraulic [1] (CH) este un utilaj care face parte din ansamblul de antrenare a GarF

El reprezinta nodul de legatura intre cele trei echipamente principale (EqPr) ale IF echipamentul

de circulatie (EqC) echipamentul de rotatie (EqR) si de manevra (EqM)

CH este suspendat in ciocul cirligului triplex cu ajutorul toartei sale La randul sau CH sustine

garnitura de foraj prin intermediul reductiei de legatura si al prajinii de antrenare De luleaua CH

se monteaza furtunul de noroi

43

Ca urmare functiunile CH sunt

1 Sustinerea GarF in timpul forajului

2 Permiterea rotatiei GarF

3 Conducerea fluidului de forajsub presiunede la FN la PA prin lulea teava de spalare

fus si RLCHin cazul circulatiei directe

Marimile fizice principale ale CH1 marimile functionale

- sarcina de lucru maxima

- turatia maxima a fusului

- presiunea maxima a fluidului de foraj

2 marimile dimensional-constructive

- diametrul interior al tevii de spalare

- tipo-dimensiulnile de legatura

3 marimile de anduranta

- sarcina limitacapacitatea in functie de rulmentul principal

- durabilitatea rulmentului principal

- durabilitatea etansarii tevii de spalare

Fig 31 Capul hidraulic (CH) montat icircn ciocul cacircrligului icircn timpul forajului

Alegerea capului hidraulic se face pe baza sarcinii maxime de lucru (FCH M

) si trebuie sa echipeze instalatia de foraj F200-2DH [1]

44

FCH M

geF M

(31)

FM =200 tf

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

(32)

Capetele hidraulice construite icircn Romacircnia sunt tipizate conform SR 5736 [66] care este

elaborat icircn concordanţă cu API Spec 8A [67] şi API Spec 8C [68]

Din tab 62 Cap 6 6 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH ndash 320 (ndash40degC) SR 5736

necesar instalaţiei de foraj alese F200

CHndash320 (ndash40degC) SR 5736 este un cap hidraulic echipat cu rulment axial-oscilant cu role

butoi cu sarcina maximă de lucru de 320tf care lucrează icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash

40degC

Conform SR 5736 acest tip de CH se caracterizează şi prin

Sarcina limită sau capacitatea maximă icircn funcţie de rulmentul principal FRLCH=147tf

pM = 35MPa nM = 300 rotmin di = 762 mm LP 4 (filetul de legătură al lulelei cu FF) 6⅝

REG LH (filetul de legătură cu RLCH)

32Alegerea ansamblului macara carlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 32 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]

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia [1]

FMC ge FCM (321)

Din tab32 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32-1250 MC -300 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii

45

Tabel 31 Caracteristicile Ansamblului Macara-Carlig

Tabelul 32 Tipurile de macarale-cacircrlig construite icircn Romacircnia şi caracteristicile lor (cf [69])

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (32)

GMC =8610t middot 981 ms2 = 84464 kN

46

UnMas F200Denumire 5-32MC-300

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300

Nr Roti manevra - 5

Diam cablului mm 32

Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140

Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in f-ie de rulmenti US tonf 347

Masa t 8610

Fig 32 Construcţia ansamblului-cacircrlig mono-bloc 1 ndash cacircrlig triplex 2 ndash bolţ 3 ndash pahar şi rulment axial 4 ndash tijă 5ndash piston 6 ndash arcuri de destindere 7 ndash piesă de legătură icircntre ansamblul cacircrligului şi macara 8 ndash axul macaralei 9 ndash role 10 ndash rulmenţii macaralei 11 ndash plăci laterale

33Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul de foraj reprezinta partea fixa a masinii macara-geamblac Se monteaza in

grupul mastului pe grinzi numite coroana geamblacului Este format dintr-un ax pe care se

monteaza un anumit numar de role (z+1) prin intermediul unor rulmenti Fiecare rola se misca

independent de celelalte (z-numarul de role de la macara) [1]

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

-geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţie romacircnească Avantajul acestui tip

constructiv este acela că este o construcţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

- 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

47

c geamblacul de foraj din două blocuri

- geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se pot roti şi interschimba asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

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

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

a geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

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

b geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

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 ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia [1]

Fig 331 Geamblac cu o roata separata

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 332

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

Alegerea geamblacului de foraj se face in functie de sarcina de lucru maxima de diametrul cablului utilizat de tipul cablului de manevra de tipul macaralei respectiv de tipul ansamblului macara-carlig

48

Pentru instalatia F200-2DH se alege unul din geamblacurile tipizate care sa indeplineasca cerintele impuse

Fig 33 2Geamblac monobloc 1 ndash suport (prin care GF se montează prin şuruburi de coroană ramă) 2ndash ax 3 ndash rolă roată 4 ndash rulment radial-axial cu role conice pe două racircnduri 5 ndash disc distanţier 6 ndash bucşă distanţieră 7 ndash ungător cu bilă (folosit pentru ungerea consistentă a rulmenţilor) (canalele de ungere sunt practicate icircn plan orizontal) 8 ndash placă de presare 9 ndash apărătoare

Pentru instalatia de foraj F 200 se va folosi un geamblac A 6 -32-1250GF-300 (-400C)(vezi [1] cap 54 tab56)adica geamblac de foraj cu 6 roţi role pe ax cu diametrul cablului de manevră de 32 mm

diametrul exterior al rolei de 1250 mm sarcina maximă de lucru 300tfşi temperatura de lucru de ndash

40degC Din tabelul 56 Cap 5 [1]se observă că acest tip de geamblac face parte din clasa

echipamentului (de manevră) 450

Tabel 33 Caracteristicile GeamblaculuiUnMas

Denumire 6-32GF-300Sarcina maxima la coroana geamblacului tf 400

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300Nr Roti manevra - 6

Diam cablului mm 32Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in functie de rulmenti US tonf 416Masa t 28

49

34Alegerea elevatorului 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

Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane de tubare (B-ElPCB) (bdquocasing slip

elevator-spiderrdquo icircn lb en) este o sculă de manevră care se foloseşte icircn timpul tubării puţurilor

atacirct pentru susţinerea coloanei de burlane (CB) ca broască cu pene aşezată pe masa rotativă

(MR) cacirct şi pentru săltarea din penele broaştei şi introducerea coloanei icircn puţ ca elevator (cu

pene) Deci aceste scule se folosesc icircn pereche icircn timpul tubării puţurilor una aşezată pe MR

susţine CB prin icircmpănare icircndeplinind funcţia de broască cu pene (vezi fig 341) iar cealaltă

care este susţinută icircn chiolbaşi avacircnd rolul de elevator (cu pene) se prinde tot prin icircmpănare pe

burlanul care s-a adăugat prin icircnşurubare la coloană saltă CB din broasca cu pene şi o susţine icircn

timpul introducerii ei icircn sondă (vezi fig 342)

Fig 342 Tragerea burlanului pe jilip cu ajutorul unui elevator de tras burlane pentru a fi icircnşurubat icircn

coloana susţinută icircn broasca cu pene

50

Fig 343 Varianta de elevator (cu pene) (cu inel ridicător) a broaştei-elevator cu pene cu două semicorpuri care este susţinută icircn ochiurile inferioare ale chiolbaşilor (11) icircn timpul introducerii coloanei de burlane (12) icircn puţul care se tubează 1 ndash corp carcasă 2 ndash umăr 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă de siguranţă 5 ndash corp de pană 6 ndash bacuri 7 ndash pacirclnie de ghidare 8 ndash cadru ridicător 9 ndash icircmpingătoare 10 ndash mecanism cu pacircrghii de ridicare

Din punct de vedere funcţional se deosebesc tipurile bull broască cu pene (BP) bull elevator cu pene (ElP)

Fig344 Broasca-elevator cu pene

51

In figura 344 este reprezentata Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane (broasca cu pene icircn partea de sus stanga elevatorul cu pene icircn partea dreapta şi vedere de sus a elevatorului cu pene icircn partea de jos) 1ndash corp 2ndash umăr braţ superior 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă (siguranţă pentru chiolbaşi) 5 ndash poartă uşă 6 ndash pene 7 ndash bacuri 8 ndash placă de sprijin (pe masa rotativă) 9 ndash guler de protecţie şi ghidare 10 ndash pacirclnie de ghidare HB ndash icircnălţimea broaştei cu pene HE ndash icircnălţimea elevatorului cu pene l ndash lăţimea broaştei-elevator

Alegerea elevatorului cu pene se face din conditiile urmatoare

FPgtFCBM

(341)

unde

FPleFBminusEl PCB

(342)

Studiind oferta companiei STEROM SA Cacircmpina conform ([1] cap 8 tab88) se alege un elevator cu pene de tipul

B-ElPCB 4frac12 ndash 13⅜ in x 350 ts (9⅝ x 275 ts x 8⅝) (ndash 45ordmC)

icircnseamnă broască-elevator destinată utilizării pentru burlane cu diametrul nominal cuprins

icircntre 4frac12 in şi 13⅜ in (inclusiv) cu sarcina nominală (sarcina maximă de lucru) de 350 ts (320tf)

echipată cu pene set de pene de 958 in cu sarcina nominală (maximă de lucru) de 275 ts (250 tf)

icircn care sunt montate bacuri de 858 in adică această broască-elevator este echipată pentru susţinerea

unei CB de 858 care determină icircn timpul manevrei ei o sarcină maximă la cacircrlig de cel mult 275ts

(250 tf) Ea este executată să lucreze icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash 45 ordmC

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

21t∙981ms2 =20601kN

35 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatorul pentru prăjini de foraj (ElPF) (bdquodrill pipe elevatorrdquo icircn lb en) este o sculă de

manevră care se foloseşte pentru susţinerea garniturii de foraj (GarF) icircn timpul extragerii şi

introducerii ei icircn sondă El prinde sub mufa PF şi este agăţat prin umerii săi icircn ochiurile

inferioare ale chiolbaşilor

ElPF se compune din

52

ndash două corpuri articulate care se icircnchid pe PF prevăzute cu cacircte un umăr cu care se suspendă icircn

ochiurile inferioare (mici) ale chiolbaşilor

ndash icircnchizatorul celor două corpuri

ndash eclise cu bolţuri prinse icircn umeri pentru asigurarea contra ieşirii chiolbaşilor

Elevatoarele se deosebesc prin forma lor modul de icircnchidere a celor două corpuri şi forma

suprafeţei de rezemare a prăjinilor

Din punctul de vedere al icircnchiderii se diferenţiază

ndash ElPF cu icircnchidere centrală (ElPFIcircC)

ndash ElPF cu icircnchidere laterală (ElPFIcircL)

După forma suprafeţei de sprijin al PF se disting

ndash ElPF cu scaun drept (ELPFSD) deci cu suprafaţă de rezemare dreaptă folosite pentru

manevrarea prăjinilor de foraj cu racorduri speciale sudate cu umăr drept (RSSUD) sau cu

racorduri icircnfiletate [1]

Fig 351 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun conic

ndash ElPF cu scaun conic (ElPFSC) care dispun de o suprafaţă de rezemare interioară tronconică cu unghiul de icircnchidere standardizat de 18deg ca şi mufele racordurilor speciale sudate cu umăr conic (RSSUC)

53

Fig 352 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun dreptElevatoarele sunt tipizate prescripţiile generale fiind prevăzute de API Spec 8A [85] şi

Spec 8C [86] Icircn fig 88 este reprezentat un ElPF cu scaun conic iar icircn fig 89 un ElPF cu scaun

drept

In figura 34 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic

Fig 34 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Alegerea elevatorului pentru prajini se face in functie de tipul prajinilor de foraj

1 Daca prajinile sunt cu recorduri speciale infiletate atunci cu scaun drept

2 Daca prajinile sunt cu racorduri speciale sudate atunci cu scaun conic

La alegerea elevatorului trebuie indeplinita conditia

FElgtFGar FMn

(sarcina normala utila de la carlig) (351)

icircn care FGar FM

este sarcina maximă care apare icircn timpul manevrării garniturii pacircnă la adacircncimea

maximă de foraj a puţului respectiv

54

Pentru că prăjinile de foraj sunt cu RSSUC si FGar FM

=122863kN conform tabelului 85

[1] cap 8 se alege un elevator cu scaun conic cu urmatoarea nominalizare

Elevator cu scaun conic 4frac12 x 1214 x 250 adica

elevator cu scaun conic cu dimensiunea nominală de 4frac12 ( pentru prăjini de foraj cu

RSSUC cu diametrul nominal de 4frac12 DPF = 4frac12) cu diametrul interior de 1214 mm (ceea ce

icircnseamnă că se utilizează pentru prăjini cu capetele fie cu II fie cu IEI (conform tabelului 85 cap

8) şi cu sarcina maximă de lucru de 250 tf cu masa mEl=1828kg conform NR 05-1018R STEROM

SA

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

ELpF= mEl middot g (253)

GEl = 1828 kg middot 981 ms2 = 18 kN

36Alegerea chiolbasilor

Chiolbaşii (Ch) (bdquothe drilling linksrdquo bdquoelevator linksrdquo icircn lb en) denumiţi şi bdquobraţele de

elevatorrdquo sunt scule de foraj care fac legătura icircntre cacircrlig şi elevator fiind utilizaţi icircn timpul

manevrei garniturii de foraj (GarF) şi coloanelor de burlane (CB)

Ei se agaţă cu ochiurile superioare de umerii cacircrligului şi susţin cu ochiurile lor inferioare

elevatorul prin umerii acestuia (vezi fig 361) Astfel sarcina datorată GarF sau CB este

preluată prin intermediul elevatorului de către Ch care o transmit cacircrligului [1]

55

Fig 361 Ansamblul format din macara-cacircrlig chiolbaşi şi elevator icircncare este susţinută garnitura de foraj icircn timpul manevrei acesteia

Din punct de vedere al sarcinii de lucru exista 3 tipuri de chiolbasi

1 Usor (sarcini mici)

2 Mediu (sarcini medii)

3 Greu (sarcini mari)

Tipul usor are forma de za alungita iar cel mediu si greu ndash de bara prevazuta la ambele capete cu

ochiuri

Chiolbasii se executa prin forjare in matrita dintr-o singura bucata de otel slab aliat de

constructii pentru a se asigura o rezistenta mare atat prin fibrajul obtinut prin procedeul tehnologic

respective cat si prin compozitie si prin TT folosit

Fig 362 Diferite tipuri de chiolbaşi

Alegerea chiolbasilor se face in functie de sarcina de lucru si de lungimea nominala

Fig 363 Tipurile de chiolbaşi şi dimensiunile lor principale a ndash chiolbaş de tipul uşor b ndash chiolbaş de tipul mediu c ndash chiolbaş de tipul greu C2 ndash raza de curbură interioară a ochiului superior G1 ndash raza de curbură interioară a ochiului

56

inferior D2 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului superior cu umărul cacircrligului H1 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului inferior cu umărul elevatorului d d1 ndash diametrul barei L ndash lungimea de lucru (dintre

punctele de sprijin pe umărul cacircrligului şi pe umărul elevatorului)

Conform normelor prevazute pentru F200-2DH se aleg chiolbasi de tip greu serie Chiolbaşi 69 x 2100 x 320

Gama de sarcini Fch = 320 tf perDimensiuni principale- d1 = 85 mm- C2 = 108 mm

- G1 =70 mm- D2 = 34 mm - H1 = 345 mm- Lungimea totala Lch = 2100 mm- Masa netă informativă mch = 247 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (36)

GCh = 247 kg middot 981 ms2 = 243 kN

37Alegerea cablului de manevra

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

1 la manevră cablul de manevră sau de foraj

2 la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcărit

3 la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancoră

4 pentru rabaterea turlei cablul de praştie

5 la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electrici

Cablurile 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

57

1 de acelaşi diametru 5 la fire2 de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 371)

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

Fig 371 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

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

1 organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)

2 metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)

3 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 ]

58

Fig 372 Cablarea a ndash icircnfăşurarea spre dreapta b ndash icircnfăşurarea spre stacircngac ndash cablarea icircn cruce stacircnga (ZS) d ndash cablarea icircn cruce dreapta (SZ)e ndash cablarea paralelă dreapta (ZZ) f ndash cablarea paralelă stacircnga (SS)

Alegerea cablului se face pe baza sarcinii sale reale minime de rupere (Srm) astfel icircncacirct să fie satisfăcută condiţia de rezistenţă (vezi [1])

Srm gecM middot FM (37)

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

CM - coeficientul de siguranţă pentru operatiile de tubare si instrumentatie care se accepta egal cu

valoarea 2 conform API Spec9B iar FM ste forta maxima din RA a infasurarii cablului Ea se

determina cu expresia[1]

(372)

in care FM este forta totala care actioneaza asupra ramurilor din cablu z ndash nr de role de la macaraηMminusG - randamentul masinii macara-geamblac la ridicareRandamentul masinii macara-geamblac la ridicare se obtine cu relatia (cf[1])

ηMminusG=β2 ∙Zminus1

2 ∙ Z ∙ β2 ∙Z ∙ ( βminus1 ) (373)

unde β este inversul randamentului unei role

β= 1ηRo

(374)

pentru care se admite valoarea β =104 conform API iar ηRo =096 (API) randament role

59

FM=FM

2sdotzsdotηM minusG

Conform tipului de ansamblu MC ales z =5 Atunci rezultă

ηMminusG =

1 04225minus12sdot5sdot1 042sdot5 (1 04minus1 )

=0 811

Forţa F M se calculează cu expresia (conform [1])

FM =F M +GoTsdot(1+

ac(M )

g )

(375)

unde FM

este sarcina maxima utila la carlig GoT - greutatea moarta la tubare g- acceleratia

gravitationala g= 981 ms2 ac(M )

- acceleratia miscarii carligului are valori cuprinse in domeniul

[0515]∙ ms2

Greutatea moartă la tubare se determină ţinacircnd cont de greutatea elementelor ansamblului

MC a chiolbaşilor (Ch) a elevatorului cu pene (ElP) şi a ramurilor de cablu dintre macara şi

geamblac

GoT =

GMC+G ch+GEl P+GCM

(376)

Deoarece la acest moment nu se cunoaşte tipodimensiunea cablului şi ca urmare masa sa unitară se face aproximaţia

GoT iquestGMC+G ch+GEl P (377)

rezulta

GOT=8446 kN+243kN+20601 kN=1075 kN

Ştiind tipul IF se determină

FM

=200tf= 200∙981 =1962kNSe accepta

ac(M )=1 m s2

si se obtine

FM =1962 kN+107 5 kNsdot(1+ 19 81 )=2080 46 kN

60

Se calculeaza

F =

2080 46 kN2sdot5sdot0 811

=256 531 kN

Se determină sarcina reală minimă de rupere necesară a cablului cu formula

Srmnec gecM middot FM (378)

c M=2 ( conform API) si rezulta

Srmnec =2∙256531kN=513062kN

Se alege un cablu Seale cu o măsură a lui Srm astfel icircncacirct să fie icircndeplinită condiţia următoare

Sr mgtSr m nec

(379)

Ca urmare din [1] tabelul 52 se constată că se poate alege

Cablu Seale 6x19-32-1570 SZ STAS1689-80

caracterizat prin

nT=6 nr toroane

n f=19=1+9+9 nr fire din fiecare torondc=32 mm diametrul nominalRm=1570 MPa rezistenta minima de rupere a sarmelorSr m=531 32 kN sarcina reala minima de rupered0=3 mm diametrul sarmelor centraled1=1 45 mm diametrul sarmelor intermediared2=26 mm diametrul sarmelor exterioarem1 C=3 89 kg m masa unitara

Tipul cablării cruce dreapta (SZ) adică sensul de icircnfăşurare a firelor icircn toron este spre stanga(S) iar sensul de icircnfăşurare a toroanelor icircn cablu este spre dreapta (Z)Sr m=531 32gtSr nec=513 062 kN

Deci conditiaSr mgtSr nec este satisfacuta

Se reia calculul pentru verificare

61

Trebuie sa recalculam FM tinand cont si de greutatea cablului GCM

GCM =2sdotzsdotlr CM(M ) sdotqc (3710)

qc - greutatea unitara a cabluluiqc =m1 Csdotg (3711)

qc =3 89 kg msdot9 81 m s2=38 161 N mlr CM(M ) =(15 m+lp )+sminuslb (3712)

lr CM(M )

=(15 m+27 m)+65 mminus9 m=26 m

in care s=65m ndash spatiu de siguranta lb=9m lungimea unui burlanlp=27m lungimea pasului

GCM=2sdot5sdot26 msdot38 161 N m=9 922 kN

GoT=107 5 kN+9 922kN=117 422kN

Pentru IF F200-2DH vom avea

F =

2091 413 kN2sdot5sdot0 811

=257 88 kN

c M=Sr m

F c M=531 32kN

257 88 kN=2 06gtc=2

Tabelul 375 Parametrii caracteristici ai cablurilor Seale 6 x 19 conform STAS 1689-80

38 Alegerea troliului de foraj

62

FN=200sdot9 81kN+117 442kN (1+ 19 81

)=2091 413kN

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

Fig 114 Sapă cu role-con cu dantură cu dinţi frezaţi executaţi din corpul rolei

1ndash falcă 2ndash con cu dantură cu dinţi din oţel 3 ndash contracon4 ndash dispozitiv de spălare exterioară cu jet (cu duză)

5 ndash cep cu filet conic 6 ndash umărul cepului (icircmbinării filetate)

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 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 conform codificaţiei specifice

Din tabelul 1 [3] (aplicatia 1) se alege diametrul mufei coloanei de exploatare DMCE

corespunzătoare diametrului nominal al coloanei de exploatare DCE STAS 875 - 86 tab 6 icircn funcţie de tipul filetului

DMCE=1413 mm

Ca urmare se alege o sapă cu trei role pentru roci medii-abrazive (MA) Această sapă trebuie să foreze o gaură care să fie tubată cu o coloană de 5 in = 127 mm Pentru reuşita operaţiei de cimentare se recomandă (conform [11] tabelul 11) un spaţiu inelar cu măsura

δCEr = 15 mm

Se calculează diametrul sapei Ds cu următoarea relaţie

(131)

Conform [1] δCE se poate aprecia cu expresia de forma

δCEcong 012 ∙ DCE

(132)

si se obtine

13

δCEcong 012 ∙ 127 mm=1524 mmcong 15 mm

Se constată că cele două măsuri sunt apropiate Atunci folosind expresia

DS PE=iquestD M CE+2 ∙δCE riquest

(133)

rezulta

DS PE=iquest1413 mm+2 ∙15 mm=1713mmiquest

Dar sapa trebuie să treacă prin interiorul coloanei anterioare de 8⅝Prime (2191 mm) Această

coloană fiind introdusă la adacircncimea de 2660 m rezultă din diagrama de tubare că ultimul său

tronson trebuie să fie alcătuit din burlane cu grosimea maximă de perete de 1143 mm Deci

diametrul interior minim al coloanei intermediare de 8⅝Prime calculat cu relaţia

Di m CI ( I )=iquest D CI( I)minus2 ∙S BM iquest (134)

are măsura

Di m CI ( I )=2191 mmminus2 ∙1143 mm=1962 mm

Folosind tabelul 4 se observă că se poate alege o sapă cu diametrul nominal de 6frac34Prime (1715 mm) cu ajutorul căreia se realizează spaţiul inelar cu măsura recomandată respectiv

δCE=05 ∙ (1715 mmminus1413 mm )=151mm

şi care poate trece prin tronsonul cu diametrul interior minim al CI(I) jocul interior minim

determinat cu relaţia (cf [11])

δ i m CI ( I )=05∙ (Di m CI (I )minusDS PE ) (135)

δ i m CI ( I )=05∙ (1962 mmminus1715 mm )=123 mm

Icircn continuare se alege varianta constructivă de sapă MA- 634 DGJ cu diametrul de 6frac34Prime necesară pentru roci MA Adică o sapă cu dinţi din oţel avacircnd contraconul icircntărit şi prin ştifturi din carburi metalice sinterizate (D) cu lagăre cu alunecare etanşe (G) şi cu spălare exterioară cu fluid de foraj (cu jet) (J)

14

14 Alegerea 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 adancime (AnAd) al GarF

Exista doua variante de executie a PG(vezi [3]aplicatia 4)

1 forjate cu tratament termic de imbunatatire pe toata lungimea2 laminate (din tevi cu pereti grosi) cu tratament termic de normalizare si о imbunatatire

la capetePG se realizeaza in urmatoarele forme constructive

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

Fig 141Prajini grele circulare (PGC)

Tabelul 143 Alegerea diametrului nominal al PG (DPG) icircn funcţie de diametrul sapei

(DS)

Ds mm

1365divide1411

1492divide1615

1615divide1715

2127divide2286

2444divide2508

2695 295 3112 3492 ge3747

DPG mm

114(108)

121divide139

(114divide

133divide146

(121divide

187(159)

203(178)

229(203)

245(219)

245(229)

254(229)

273(254)

15

121) 133)

Alegerea PG inseamna determinarea masurilor urmatoarelor marimi

1 diametrul nominal (DPG)2 diametrul interior (DPGi)3 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 avand 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 cat mai mare a diametrului nominal

2 asigurarea unui spatiu inelar (SI) intre peretele putului si PG cu omasura cat mai mare

pentru ca pierderea de presiune (ΔpSIPG) rezultata la curgerea fiuidului de foraj sa fie cat

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 implicand o masura cat mai mica a diametrului nominal

Pe baza unor cercetari experimentale (cf [2]) efectuate in conditii de santier privind viteza medie

de avansare a sapei (vAv) si timpul de prindere in teren a GarF pentru fiecare sonda (tPrSd) in

functie de raportul D2PG D2

S s-a constatat ca exista un domeniu optim de valori pentru acest

raport

D2PG D2

S =[06 07]

Fig 142Viteza 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 foraj

16

Icircn funcţie de valoarea raportului DPGDS se clasifică (cf [6]) PG şi tipurile de formaţiuni icircn care

se recomandă să se foreze (vezi tabelul 142)

Tabelul 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

Pentru alegerea PGC se recomanda relatia empirica[6]

DPG=DS-25 (142)Pentru forajul putului de exploatare al Sondei 7 se considera ca nu exista pericol de

prindere in formatiunea geologica traversata prin foraj pana la adancimea finala

Avand in vedere tipul de formatiune precizat mai sus conform tabelului 2 se alege PG

supradimensionata cu DPG DS= 089

DPG= 1715mm ndash 25mm =1465mm

Din tabelul 143 conform [6] se alege DPG= 146mm Din tabelul 1 (vezi aplicatia 4) se

alege măsura standardizată a diametrului nominal cea mai apropiată de măsurile rezultate anterior

adică DPG = 1524 mm pentru care exista DPGi isin572 715]mm cu m1PGisin 1234 1115 kgm

Rezultă DPGDS = 08886 089cong

ceea ce este icircn acord cu tipul de PG supradimensionată recomandată pentru formaţiunile

fără pericol de prindere

Se calculeaza greutatea unitara

qPG=m1PG ∙ g (143)

unde

DPGi este diametrul interior prajini grele

- pentru DPGi= 572 mm

q=1234kgm

∙ 981ms=1210554

Nm

=1211kN m

unde g este acceleratia de cadere libera g=981 ms2

- pentru DPGi= 715 mm

q=1115kgm

∙ 981m

s2=1093815

Nm

=1094 kN m

17

Se calculeaza coeficientul pierderii de presiune din interiorul PG cu formula

α PGi=

8π 2

sdotλPG i

DPG i5

in care

(144)

λPGi reprezinta coeficientul de rezistenta hidraulica liniara si are o valoare constanta si anume (conform [1])

λPGi=002

- pentru DPGi= 572 mm

α PGi=

8π 2

sdot 0 02

(5 72sdot10minus2 )5 m5= 8

π2sdot2sdot10minus2sdot1010

5 725 m5= 8

π2sdot20000sdot104

5 725 m5=26475sdot104 mminus5

- pentru DPGi= 715 mm

α PGi=

8π 2

sdot 0 02

(7 15sdot10minus2)5 m5= 8

π2sdot2sdot10minus2sdot1010

7 155 m5= 8

π 2sdot20000sdot104

7 155 m5=0 8675sdot104 mminus5

Daca se alege masura mai mica a diametrului interior atunci lungimea AnAd va fi mai mica

dar fara sa se evite fenomenul de flambaj deoarece aceasta lungime este mai mare decat 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 alege PG cuDPG= 6 in= 1524 mm DPgi = 2 1316 in= 715 mm IFU de tipulNC 44 m1PG = 1115 kgm

Mir=244kNm (momentul de insurubare recomandat) i=W M

( lC)

W C(1905 )=284

Se observa ca i=284gtiopt= 25 ceea ce inseamna ca imbinarea filetata cu umar a PG asigura o rezistenta mare la oboseala in sectiunile sale critice (Vezi [1])

14Verificarea la flambaj a ansamblului de prajini grele

141 Determinarea lungimii ansamblului de adancime

Pe baza datelor obtinute anterior se calculeaza lungimea ansamblului de PG (LAnAd) cu formula (vezi [1])

18

LAn Ad=FS

c L ∙qPG ∙(1minusρf

ρo)∙ (cosθminusμa sinθ)

(151)undeFS este forta de apasare pe sapa ρ f -densitatea fluidului de foraj(150tm3) ρ odensitatea otelului(785tm3) LAnPG este lungimea ansamblului de prăjini grele in m

qPG ndash greutatea unitara a PG CL ndash coeficientul lungime Fs ndash forta de apasare pe sapa Ө - unghiul mediu de deviere al sondei fata de vertical g ndash acceleraţia gravitaţională in ms Densitatea fluidului de foraj se poate aprecia cu expresia empirică(cf [8])

ρ f=125+025∙ ln (H ∙10minus3) (152)

ρ f=[125+025∙ ln (35 ∙ 103 ∙10minus3 ) ] t

m3=1563 t m3

Din conditiile tehnologice se alege ρf =15 tm3 (vezi Ap 1)Se calculeaza greutatea unitara a PG

qPG=m1 PGsdotg (153)

qPG=1115kgm

∙981m

s2=109382

Nmcong 1094

kNm

Se calculează forţa de apăsare pe sapă (cf [8])

FS=(03+7 5sdot10minus5sdotH )sdotDS

(154)

FS=(03+75 ∙ 10minus5 ∙35 ∙103)∙ 1715 kN= 9647 kN

Se calculeaza lungimea ansamblului de PG cu expresia (151)

LAn PG=9647 kN

0 85sdot1 094 kN msdot(1minus 157 85 )sdot(cos 30minus03sdotsin 30)

=130 475 m

Өiquest30

Se determina numarul de PG cu relatia

nPG=L An PG

lPG (155)

Unde lPG reprezinta lungimea unei prajini grele Daca se admite pentru lPG

19

masura normala care este egala cu 9m atunci se obtine

nPG=130 475m9 m

=14 49≃15

Se alege nPG=15 si se recalculeaza LAnPG

LAn PG=15sdot9m=135 mSe recalculeaza coeficientul de lungime al AnPG

c L=96 47 kN

135 msdot1 094kNm

sdot(1minus 157 85 )sdot(cos 30minus03sdotsin 30)

=0 821

si se constata ca valoarea lui se gaseste in domeniul recomandat adica [070 085]

142 Verificarea la flambaj a AnPG (vezi [3] aplicatia5)

Lungimea supusa la compresiune a AnPG este c LsdotLAn PG=0 821sdot135=110 835 m (156)

Se calculeaza lungimea critica de flambaj a AnPG(vezi [1])

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 PGExpresia de sub radical adică

(158)

se numeşte (conform lui N Pacircrvulescu) volum de rigiditate la gravitatie deoarece are dimensiunea unui volum si exprima un caracter de rigiditate al PG

Momentul geometric axial se calculeaza cu formula

I PG= π64

sdot( DPG4 minusDPG i

4 ) (159)

I PG= π64

sdot(15 244minus7 154) cm4=2520 375 cm4≃2 5203sdot10minus5 m4

20

Greutatea unitara aparenta a PG se determina cu formula

qa PG=qPGsdot(1minusρf

ρo) (1510)

Se obtine

qa PG=1 094kNm

sdot(1minus 157 85 )=0 885

kNm

Măsura volumului de rigiditate la gravitaţie al PG este

V PG=21∙ 1011 N

m2∙ 2520375 ∙10minus5 m4

0885∙ 103 Nm

=5981∙ 103 m3

Rezultă imediat măsura lungimii critice de flambaj a AnPG

LAn PG cr=17∙3radic5981∙103 m3=3085 mcong 31 m

Comparand aceasta masura a lungimii critice de flambaj a AnPG cu aceea a lungimii

portiunii din AnPG supuse la compresiune se constata

c LsdotLAn PG=110 835 mgtLAn PG cr=31 m

Ceea ce inseamna ca AnPG flambeaza sub actiunea fortei de apasare pe sapa Avand 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 corector-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 prajinile grele al doilea

al treilea si respectiv al patrulea stabilizator (vezi cap 1fig124 f)

21

Fig 143 Alcătuirea ansamblului de adacircncime al garniturii de foraj

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

Alegerea prajinilor de foraj (vezi Apl 6)Prăjinile de foraj (PF) sunt fabricate din ţevi de oţel laminate la cald icircngroşate la capete Se execută următoarele tipuri de PF [6] ndash PF cu racorduri speciale sudate (prin presiune de contact) (PFRSS) ndash PF cu racorduri speciale filetate (PFRSF)

PFRSS se realizează icircn conformitate cu STAS 80371-80 (bdquoPrăjini de foraj pentru racorduri sudate Clasele de rezistenţă D E şi G-105 Dimensiunirdquo) şi conform normei API 5A ndash pentru PF din clasele de rezistenţă D şi E ndash şi normei API 5AX ndash pentru PF din clasele de rezistenţă X-95 G-105 şi S-135 După forma icircngroşării capetelor PFRSS se execută icircn trei variante (vezi fig 161)

ndash PF cu capete icircngroşate la interior (II) (sau IU ndash Internal Upset conform API) ndash PF cu capete icircngroşate la exterior (IE) (sau EU ndash External Upset conform API) ndash PF cu capete icircngroşate la exterior şi la interior (IEI) (sau IEU ndash Internal- External Upset conform API)

22

Fig 161 Prăjini de foraj cu racorduri speciale sudate (PFRSS) [1] a ndash varianta II (cu capetele icircngroşate la interior) respectiv IU (Internal Upset) conform API b ndash varianta IE (cu capetele icircngroşate la exterior) respectiv EU (External Upset) conform API c ndash varianta IEI (cu capetele icircngroşate la exterior şi la interior) respectiv IEU (Internal-External Upset) conform API

Alte tipuri de PF sunt ndash PF cu perete gros ( Thick Wall Drill-Pipe icircn lb en) ndash PF cu grosimea de perete variabilă ndash PF cu racorduri speciale sudate cu canale elicoidale şi cu perete gros

Racordurile speciale pentru sudare (RSS) de la PF cu II IE şi IEI au tipodimensiunile şi

condiţiile tehnice reglementate icircn STAS 75701-80 (bdquoRacorduri speciale pentru sudare prin contact

la prăjini de foraj din clasele de rezistenţă D şi Erdquo) icircn norma API Spec 7 şi de asemenea icircn

normele interne ale firmelor constructoare RSS se execută icircn două variante constructive (fig

162)

ndash varianta A RSS cu scaun conic

ndash varianta B RSS cu scaun drept

23

Fig 162 Racorduri speciale pentru sudare (RSS) la prăjini de foraj [2] varianta A (cu scaun conic) varianta B (cu scaun drept)

Normele API Spec 7 prevăd RS şi pentru PF confecţionate din oţeluri din clasele de rezistenţă

superioare X-95 G-105 şi S-135

RSS sunt prevăzute cu icircmbinări filetate cu umăr (IcircFU) standardizate icircn STAS 8351-80

Alegerea prăjinilor de foraj

A alege prăjinile de foraj (PF) icircnseamnă a stabili ndash tipul PF

ndash diametrul nominal (DPF) şi grosimea de perete (sPF)

ndash clasa (gradul) de rezistenţă ndash clasa de uzură

ndash intervalul de măsuri ale lungimii

Criteriile pe baza cărora se face alegerea PF sunt următoarele

1) rezistenţă maximă la solicitările statice şi variabile care se asigură prin alegerea

corespunzătoare a tipului de PF a clasei de rezistenţă şi a celei de uzură a PF a intervalului de

măsuri ale lungimii PF şi a unei măsuri a grosimii de perete cacirct mai mari

2) rezistenţă maximă la acţiunea mediului coroziv care impune alegerea corespunzătoare a oţelului

şi dacă este cazul alegerea PF cu acoperiri speciale anticorozive şi de asemenea a unei măsuri a

grosimii de perete cacirct mai mari

3) energie minimă consumată icircn timpul forajului care icircnseamnă

a) energie mecanică de rotaţie minimă care se asigură prin alegerea unor măsuri ale

diametrului nominal şi grosimii de perete cacirct mai mici 24

b) energie hidraulică minimă (consumată prin circulaţia fluidului de foraj)ceea ce

presupune o pierdere de presiune minimă la curgerea fluidului de foraj prin interiorul PF care

determină alegerea unei măsuri cacirct mai mici a grosimii de perete

4) energie minimă consumată icircn timpul manevrei GarF ceea ce presupune alegerea PF cu măsura

minimă a masei unitare

Diametrul nominal al PF reprezinta diametrul exterior al corpului PF DPF=DPFe (161)

Diametrul nominal al PF se determina in functie de Dsmasurile orientative fiind date in tabelul de mai jos

Ds mm 150170 150200 175225 200250 225300 gt250DPF mm(in) 889(3 frac12) 1016(4) 1143(4 frac12) 127(5) 1397(5 frac12) 1683(658)

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

Pentru diametrul sapei de foraj determinat icircn subcapitolul anterior Ds= 1715 mm = 634rdquo se alege diametrul nominal al prăjinii de foraj DPF =4 frac12rdquo = 1143 mm

Din STAS 8037 ndash 88 (vezi aplicatia 5 tabelul 1) se alege diametrul nominal standardizat 412rdquo E 75 cu urmatoarele caracteristici

- masa cu racorduri m1PF= 33 Kgm

- grosimea peretelui s= 1092 mm

- diametrul interior DPfi= 9246=925 mm

- aria prăjinii de foraj A= 3547 mm2

- modulul de rezistentă WP= 10583 cm3

- tipul icircngroşării EU

- gradul de rezistenta E 75

- presiunea exterioara limita pel= 894 bar= 894MPa

- presiunea interioara limita pil= 865 bar =865MPa

- forţa de tracţiune limita FtcL= 1834 kN

- momentul de torsiune limita MtLPF= 5003 kNm

- tipodimensiunea IFU a RSS NC46 (4IF)

Solicitari care duc la limita de curgere a RSS

- momentul de insurubare limita dpdv al curgerii materialului RSS

25

M i RS L=53 69 kNm

FtRSL = 4 664 kN (forţa de tracţiune limită dpdv al curgerii materialului RSS)

- momentul de insurubare recomandatM i r=27 3 kNm

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)

Se obtine

APF=π4sdot(114 32 mmminus92 462 mm)=3547 mm2

Se determina modulul de rezistenta polar al sectiunii transversale a corpului PF cu formula

W p=I p

DPF

2

(162)

unde I p este momentul geometric polar al sectiunii transversale a corpului PF

I p=π32

∙( DPF4 minusDPFi

4 )= π32

∙ DPF4 ∙[1minus( DPFi

DPF)

4] (163)

I p=π

32sdot114 34 mmsdot[1minus(925 mm

114 3 mm )4 ]=9569240 653 mm4=956 924 mm3

deci

W p=π

16sdotDPF

3 sdot[1minus( DPF i

DPF)

4]

(164)

Rezulta

W p=π

16sdot114 33sdot[1minus(92 5

114 3 )4]=167658 175 mm3

Calculul tensiunii de tractiune

σ tcl=F tcl

APF

(165)

26

σ tcl=1834 kN

3547 mm2 =1834 ∙ 103 N3547 mm2 =517056 ∙106 Pa

Aceasta tensiune arata limita de curgere minima conform tabelului cu caracteristicile

mecanice ale prajinilor de foraj pentru clasa de rezistenta E75 (vezi aplicatia 6) Limita de curgere

trebuie sa se situeze in intervalul 517hellip724 In cazul nostrum limita este 517 MPa care se

incadreaza intre valorile recomandate

-calculul tensiunii tangentiale τ=G∙θ ∙ r (166)

θ=M t

G ∙ I p

(16 7)

Unde G este modulul de elasticitate transversal al materialului din care se confectioneaza PFPentru otel G= 81010 Paθ- torsiunea specificar- raza punctului considerat din sectiunea transversala a corpului PF

θ= 5003∙ 103 Nm8 ∙ 1010 N m2 ∙ 0956∙ 10minus5m4 =653 ∙ 10minus2 1

m

τ=8 ∙1010 N

m2∙ 653 ∙ 10minus2 mminus1∙ 5785∙ 10minus2m=29855106

N

m2

Aceasta tensiune reprezinta tensiunea tangentiala de curgere

Lungimea ansamblului superior utilizat pentru forajul putului de exploatare se determina cu

expresia

LAn S=H MminusLAn PG (168) LAn S=3500 mminus162 m=3338 m

Se calculeaza numarul de PF

nPF=

LAn S

lPF (169)Considerand ca lungimea unei prajini este cea normala adica 9m se obtine

nPF=3338

9=37088

Se alege nPF=371 si se recalculeaza lungimea AnS

LAnS=371∙9m=3339 m

27

17Alegerea 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

garnitura stanga) [1]

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 masa rotativă 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 (658 REG) in timpul forajului după tubarea unei coloane de burlane prăjina

de antrenare trebuie uneori schimbată ndash diametrul cepului 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 de lucru 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 [1]

28

Fig 171 Prăjina de antrenare forjată a ndash pătrată b ndash hexagonală

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

Alegerea 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-cep

Se prefera alegerea unei prajini de antrenare forjate deoarece nu necesita reductii de legatura

proprii asa cum este cazul prajinii laminate

29

Fig172 Reducţii de legătură icircntre prăjina de antrenare (PA) şi racordul special (RS) denumite RLRS a ndash

reducţie dreaptă (pentru icircmbinări filetate cu aceleaşi dimensiuni) b ndash reducţie icircn trepte (pentru icircmbinări filetate cu

dimensiuni diferite)

Se alege o prajina de antrenare forjata patrata avand elementul de imbinare superioara de

tipul mufa cu filet stanga de tipul 658 REG pentru asamblarea cu reductie cap hidraulic(RLCH)

Pentru ansamblul superior al garniturii de foraj s-a stabilit ca se iau prajini de foraj de 4 12 in cu

racorduri speciale sudare(RSS) cu IEI si tipodimensiunea IFU NC 46

Ca urmare conform tabelului 1 aplicatia 7 se alege prajina de antrenare in varianta

constructiva 1(standard) cu dimensiunea nominala de 4 frac14 in Se foloseste o RLPA dreapta de

tipul mufa(NC46)-cep(NC46) ca in figura 172 a

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 infDPA

mm(in)DPAi mm

a mm

lPA m

mPAkg

1cep

6 58 REGmufăNC46

mufă6 58

REG

cepNC46

A (dreapta) NC46-NC46

108(4 14)

714 108 12192 800

30

18 Alegerea tipului de instalatie de foraj

Instalaţia de foraj reprezintă totalitatea maşinilor utilajelor si instalaţiilor necesare săpării unei sonde

Studiul pe sisteme al instalaţiilor de foraj corespunde principalelor operaţii care se efectuează

pentru forarea unei sonde precum si principalelor grupe de maşini si utilaje care intra in

componenta acestor instalaţii

Sistemele de lucru ale unei instalaţii de foraj sunt

1 Sistemul de manevra mdash SM- cu ajutorul căruia se realizează ridicarea si coboracircrea

sarcinilor

2 Sistemul de circulaţie - SC - care asigura circulaţia fluidului de foraj

3 Sistemul de rotire - SR - care realizează rotirea garniturii de prăjini in timpul forajului

In cazul instalaţiilor de foraj transportabile apare si sistemul de transport

Pentru asigurarea condiţiilor de funcţionare a sistemelor de lucru instalaţia de foraj mai

cuprinde sistemul de comenzi instalaţia de preparare si curăţare a fluidului de foraj dispozitive

de mecanizare si automatizare ansamblul de scule materialul tubular [1]

Alegerea instalaţiei de foraj se face pe baza sarcinii maxime utile (sarcinii maxime de lucru) FM (V APLICATIA 9)

In aplicatiile anterioare s-au determinat greutatile fiecarei coloane de burlane si anume

GCI(I)= 1413516 kN GCE= 722187kN

Rezulta ca cea mai grea CB GCBM=max GCI(I) GCE=1413516 kN

S-au ales pentru forajul putului de exploatare prajini grele cu DPG=6 in=1524 mm

DPGi=2 1316 in= 715 mm m1PG = 1115 kgm qPG=1094kNm LAnPG=135 m

Se determina greutatea AnPG

GAn PG=qPGsdotL An PG

(181)

si se obtine

GAnPG=1094kNm135m=14769kN

Greutatea unitara a PFse calculeaza folosind formula

qPF=m1 PFsdotg (182)

qPF=33kgm

sdot9 81m

s2=323 73

Nm

31

Greutatea AnS va fi

GAn S=qPFsdotLAn S (183)

GAn S=323 73Nm

sdot3 339sdot103 m=1080 934kN

Greutatea GarF se obtine insumand greutatea AnPG si greutatea AnS

GGar F=GAn PG+GAn S (184)

Se obtine

GGar F=147 69 kN+1080 934 kN=1228 624 kN

Se considera ca cea mai grea GarF este garnitura utilizata pentru forajul putului de exploatare

GGar F M=1228 624 kN

Alegerea IF se face pe baza sarcinii nominale de la carlig si a tipului de actionare

FM =max FM T FM D (185)

Sarcina maxima utila de tubare se calculeaza cu formula[1]

FM T

=GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+(1+kmf( M ) )sdot

ac

( M )

g ] (186)

in care

k r(M )estecoeficientul fortei de frecare la ridicarea coloanei de burlane intre peretele putului si

fluidul de foraj k mf(M )minusiquestcoeficientul de masa al fluidului de foraj din interiorul coloanei aderent la

coloana ac(M )- acceleratia miscarii carligului in cazul ridicarii sarcinii normale

kDij- coeficientul diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

ρ0 ndashdensitatea otelului din care sunt confectionate burlanele

ρf -densitatea fluidului de foraj

Coloana fiind considerată plină cu fluid de foraj cu aceeaşi măsură a densităţii ca şi aceea

din interiorul puţului forat coeficientul k mf(M ) se determină cu formula [1]

k m f=ρf

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1] (187)

unde DCB este diametrul nominal al CB GCBM ndash greutatea celei mai grele coloane de burlane Sfa- grosimea startului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al coloanei de burlane

32

LCB ndash lungimea CB lj ndash lungimea tronsonului de ordinul j kDij ndash coef diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

K Dij=Dibj

DCB

(188)

Pentru CI(I) de 858in vom avea

DCI(I)=858in= 2191 mmntCI(I)=6

sB jisin 10 16 10 16 8 94 10 16 10 16 11 43 mmDi B jisin 198 8 198 8 2012 198 8198 8 196 8 mm

k Di jisin 0 907 0 907 0 918 0 907 0 907 0 898 l jisin 255 325 460 520 395 705 m

LCI(I)=HCI(I)=2660m

=125tm3

sf a=0 653 mm grosimea stratului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al CB

iquestsumj=1

6

(1minusk Di j2 )sdotl j=

(1-09072)sdot255+(1minus09072 )sdot325+(1-09182 )sdot460+ (1minus09072 )sdot52 0++ (1-09072)sdot39 5+(1minus0 8982)sdot705=473 972 m

Se admite

k r(M )=02

si ac

(lt M )=1 ms2 Se obţine

Sarcina maxima utila la tubare

FM T =1413 516 kN sdot[(1minus1 25 t m3

7 85 t m3 )sdot(1+02 )+ (1+0 745 )sdot 19 81 ]=1677 556 kN

Sarcina maxima utila de degajare a celei mai grele garnituri de foraj se determina cu relatia[1]

FM D =GGar F Msdot(1minus ρ f

ρo)+FD M

FD M este forta de degajare maxima FD M =300kN

33

k m f(M )=

ρ f

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

5

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1]=

Măsura lui FDM se apreciază icircn funcţie de măsura lui HM conform tabelului 1 aplicatia 9

FM D =1228 624 kNsdot(1minus1 25 t m3

7 85 t m3)+300 kN=1332 983

kN

Conform rezultatelor de mai sus se obtineFM

=max 1677 556 1332983 kN=1677 556 kN 9 81≃171 0047 tf

Ca urmare se poate alege o IF transportabilă pe cale terestră pe subansamble (SAn) din clasa F 200 (vezi [1])

Tipul acţionării se alege icircn funcţie de posibilitatea de alimentare cu energie electrică a IF icircn

zona de amplasare de instalaţiile aflate icircn dotarea firmei de foraj şi de costul comparativ al

combustibilului şi al energiei electrice din perioada cacircnd o să lucreze instalaţia icircn situaţia icircn care

firma dispune de instalaţii cu acţionări neautonome sau autonome

Se admite că situaţia din zona de amplasament a IF impune o acţionare de tipul DH Avacircnd

icircn vedere acest lucru rezultă că se poate alege o IF de tipul

F-200-2DH (T(SAn))

19 Concluzii

Pe baza datelor luate din materialul didactic si standardele nationale cat si internationale s-a

facut un calcul teoretic de alegere al instalatiei de foraj Luand in consideratie ca mediul real poate

aduce un aport negativ asupra calculelor teoretice in rezultatele prezentate mai sus s-au luat niste

coeficienti de siguranta care sa acopere riscurile posibile totodata s-a constatat ca desi pentru

Sonda 7 Pacurari este necesara o instalatie mai mica decat cea aleasa am fost nevoit sa aleg anume

F200-2DH deoarece conditiile tehnico-economice presupun utilizarea tipului utilajului folosit deja

in industria petroliera si standardizat conform normelor STAS si API

2 PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

21 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

34

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

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 arborele 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 [1]

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 MBM 820 cu supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului DH de tipul GF-820+CHC-750-2 sunt

prezentate icircn fig 21 Se analizează dependenţele funcţionale reprezentate de aceste curbe (vezi

aplicatia 13)

35

Fig 2 1 Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului de acţionare de tipul DHformat din GF 820 şi CHC-750-2 pentru reglarea motorului diesel la sarcină plină

şi funcţionarea lui cu gradul maxim de accelerare (la care puterea maximă amotorului este puterea nominală Pn) şi funcţionarea lui cu gradul maxim deaccelerare MI MII ndash momentul dezvoltat la arborele primar (I) respectiv laarborele secundar (II) al CHC ωI ωII ndash viteza unghiulară PI PII ndash puterea

ηCHC ndash randamentul CHC

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (210)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (211)

Tabel 311 Parametrii functionali ai grupului de actionare GF-820 + CHC-750-2

36

Fig 211 Curba caracteristica exterioara a CHC este o caracteristica flexibila cresterea momentului rezistent este

preluata de CHC prin reducerea importanta a vitezei unghiulare a arborelui secundar

Din aceste grafice se deduce ca pentru ηm= 07 DEF al CHC-750-2 reprezentat prin ηCH ϵ

[0700 0847] nII ϵ [275 950] rotmin MII ϵ [14730 4000] kNm

Din datele obinute rezulta avantajele utilizarii CHC in cadrul GA de tipul DH

1 CHC lucreaza ca un variator continuu de viteza adica ωII se modifica automat si continuu odata cu variatia momentului rezistent aplicat arborelui secundar astfel se spune ca CHC isi regleaza regimul de functionare deci CHC permite o autoadaptare a GA la sarcina

2 Utilizarea CHC simplifica lantul cinematic al IF37

3 CHC protejeaza motorul Diesel impotriva suprasarcinilor si a socurilor transmise de la antorul sistemului de lucruinclusive in situatia blocarii secundarului

Fig 212 Curbele caracteristice pentru sarcina plina ale motorului MBM-820 si curba puterii in functie de sarcina plina a aceluiasi motor

22 Alegerea modului de acţionare

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

38

Instalaţiie 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[1]

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

39

Fig 221 Schema structural-functionala a unei instalatii de foraj cu mod de actionare centralizatin varianta MAC2 cu

actionare DH

S-a ales varianta MAC2 in care PN este actionata separat formand impreuna cu GA si transmisiile mecanice respective un grup motopompa (GMP) dupa cum TA este DH vezi 1[1])

23 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

1 pompe centrifuge pentru hidrocicloane2 site vibratoare 3 agitatoare4 pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de foraj5 pompe centrifuge pentru apa6 pompe centrifuge pentru chimicale7 pompe pentru reziduuri8 pompe pentru combustibil9 comanda hidraulica a prevenitoarelor10 instalaţie pentru uscarea aerului11 agregate pentru icircncălzire12 maşini-unelte13 agregat pentru sudura

40

14 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

Tabel 231 Consumatorii auxiliari de forta utilizati in cadrul IF de tipul F200-2DH si puterea lor

NrCrt

Denumirea consumatorilor Puterea motorului

kW

NrmotoarePuterea totala

kW

A Instalatia de foraj propriu-zisa

1 Site virbatoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 10 75

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa racire troliu 75 1 75

5 Pompa apa racire frina hidraulica 75 1 75

6 Pompe instalatie amestec chimicale 3 2 6

7 Pompe combustibil 3 2 6

8 Pompe ulei 15 1 15

9 Pompe de preparare a fluidului de foraj 75 2 150

10 Pompa baterie denisipare 55 1 55

11 Pompa baterie desmiluire 50 1 50

12 Instalatie degazeificare 5 1 5

13 Degazeificator 30 1 30

14 Instalatie de preparare centrifuga 20 3 60

15 Instalatie transport material pulverulent 4 1 4

16 Dispozitiv salvare garnitura 20 1 20

17 Dispozitiv strins-slabit 11 1 11

18 Dispozitiv manevra prajini grele 75 1 75

19 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

20 Pod tubaj reglabil 75 1 75

21 Instalatie comanda prevenitoare 11 1 11

41

22 Instalatie de uscare aer 15 1 15

23 Instalatie iluminat normal 18 1 18

24 Instalatie iluminat siguranta 08 1 08

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

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

PCsAF = 5928 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

24 Calculul puterii instalate

Puterea instalata a IF (Prsquo) reprezinta puterea motoarelor utilizate pentru actionarea

antoarelor principale a celor auxiliare si pentru actionarea celorlalte utilaje si instalatii folosite

pentru executarea diverselor operatii auxiliare

Prsquo = P + PCsAF (241)

P = n Pn (242)

Pn-Puterea nominala a motorului MB820 Pn= 655 kW

n-numarul de motoare folosite

P = (2+2) ∙ PnP = (2 + 2) 655kW = 2620 kW

Prsquo= 2620 kW + 5928 kW = 32128 kW

25 ConcluziiIn capitolul 2 s-au ales grupurile de actionare Alegerea s-a facut pe baza analizei

parametrilor motoarelor si caracteristicile acestora s-a evidentiat modul de utilizare al acestor

grupuri de actionare astfel incat sa fie satisfacute conditiile de tehnologicitate si economicitate

Acest lucru s-a facut pentru a obtine niste parametri de lucru cat se poate eficienti si economici

deoarece in cazul neindeplinirii uneia din conditii se pot intampla atat stagnari ale procesului

normal de foraj (uneori poate chiar si cu consecinte catastrofale) cat si pierderi financiare mari

42

3 ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ SI PREZENTAREA PARAMETRILOR SI CARACTERISTICILOR LOR

31Alegerea capului hidraulic

Fig31 Secţiune prin CH (reprezentare schematică (a) şi reprezentare constructivă (b))1 ndash corp (oală) 2 ndash bolţ 3 ndash toartă (biglu) 4 10 ndash rulment cu role cilindrice (de ghidare) 5 11 ndash garnituri de

etanşare 6 ndash rulment axial principal cu role conice 7 ndash fus 8 ndash reducţie 9 ndash rulment axial secundar cu bile 12 ndash felinar (capac) 13 ndash lulea 14 ndash piuliţă inferioară 15 ndash ţeavă de spălare 16 ndash cutie de etanşare 17 ndash etanşarea icircntre

partea superioară a ţevii de spălare şi lulea 18 ndash piuliţă superioară 19 ndash şuruburi de fixare

Capul hidraulic [1] (CH) este un utilaj care face parte din ansamblul de antrenare a GarF

El reprezinta nodul de legatura intre cele trei echipamente principale (EqPr) ale IF echipamentul

de circulatie (EqC) echipamentul de rotatie (EqR) si de manevra (EqM)

CH este suspendat in ciocul cirligului triplex cu ajutorul toartei sale La randul sau CH sustine

garnitura de foraj prin intermediul reductiei de legatura si al prajinii de antrenare De luleaua CH

se monteaza furtunul de noroi

43

Ca urmare functiunile CH sunt

1 Sustinerea GarF in timpul forajului

2 Permiterea rotatiei GarF

3 Conducerea fluidului de forajsub presiunede la FN la PA prin lulea teava de spalare

fus si RLCHin cazul circulatiei directe

Marimile fizice principale ale CH1 marimile functionale

- sarcina de lucru maxima

- turatia maxima a fusului

- presiunea maxima a fluidului de foraj

2 marimile dimensional-constructive

- diametrul interior al tevii de spalare

- tipo-dimensiulnile de legatura

3 marimile de anduranta

- sarcina limitacapacitatea in functie de rulmentul principal

- durabilitatea rulmentului principal

- durabilitatea etansarii tevii de spalare

Fig 31 Capul hidraulic (CH) montat icircn ciocul cacircrligului icircn timpul forajului

Alegerea capului hidraulic se face pe baza sarcinii maxime de lucru (FCH M

) si trebuie sa echipeze instalatia de foraj F200-2DH [1]

44

FCH M

geF M

(31)

FM =200 tf

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

(32)

Capetele hidraulice construite icircn Romacircnia sunt tipizate conform SR 5736 [66] care este

elaborat icircn concordanţă cu API Spec 8A [67] şi API Spec 8C [68]

Din tab 62 Cap 6 6 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH ndash 320 (ndash40degC) SR 5736

necesar instalaţiei de foraj alese F200

CHndash320 (ndash40degC) SR 5736 este un cap hidraulic echipat cu rulment axial-oscilant cu role

butoi cu sarcina maximă de lucru de 320tf care lucrează icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash

40degC

Conform SR 5736 acest tip de CH se caracterizează şi prin

Sarcina limită sau capacitatea maximă icircn funcţie de rulmentul principal FRLCH=147tf

pM = 35MPa nM = 300 rotmin di = 762 mm LP 4 (filetul de legătură al lulelei cu FF) 6⅝

REG LH (filetul de legătură cu RLCH)

32Alegerea ansamblului macara carlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 32 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]

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia [1]

FMC ge FCM (321)

Din tab32 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32-1250 MC -300 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii

45

Tabel 31 Caracteristicile Ansamblului Macara-Carlig

Tabelul 32 Tipurile de macarale-cacircrlig construite icircn Romacircnia şi caracteristicile lor (cf [69])

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (32)

GMC =8610t middot 981 ms2 = 84464 kN

46

UnMas F200Denumire 5-32MC-300

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300

Nr Roti manevra - 5

Diam cablului mm 32

Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140

Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in f-ie de rulmenti US tonf 347

Masa t 8610

Fig 32 Construcţia ansamblului-cacircrlig mono-bloc 1 ndash cacircrlig triplex 2 ndash bolţ 3 ndash pahar şi rulment axial 4 ndash tijă 5ndash piston 6 ndash arcuri de destindere 7 ndash piesă de legătură icircntre ansamblul cacircrligului şi macara 8 ndash axul macaralei 9 ndash role 10 ndash rulmenţii macaralei 11 ndash plăci laterale

33Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul de foraj reprezinta partea fixa a masinii macara-geamblac Se monteaza in

grupul mastului pe grinzi numite coroana geamblacului Este format dintr-un ax pe care se

monteaza un anumit numar de role (z+1) prin intermediul unor rulmenti Fiecare rola se misca

independent de celelalte (z-numarul de role de la macara) [1]

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

-geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţie romacircnească Avantajul acestui tip

constructiv este acela că este o construcţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

- 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

47

c geamblacul de foraj din două blocuri

- geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se pot roti şi interschimba asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

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

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

a geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

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

b geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

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 ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia [1]

Fig 331 Geamblac cu o roata separata

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 332

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

Alegerea geamblacului de foraj se face in functie de sarcina de lucru maxima de diametrul cablului utilizat de tipul cablului de manevra de tipul macaralei respectiv de tipul ansamblului macara-carlig

48

Pentru instalatia F200-2DH se alege unul din geamblacurile tipizate care sa indeplineasca cerintele impuse

Fig 33 2Geamblac monobloc 1 ndash suport (prin care GF se montează prin şuruburi de coroană ramă) 2ndash ax 3 ndash rolă roată 4 ndash rulment radial-axial cu role conice pe două racircnduri 5 ndash disc distanţier 6 ndash bucşă distanţieră 7 ndash ungător cu bilă (folosit pentru ungerea consistentă a rulmenţilor) (canalele de ungere sunt practicate icircn plan orizontal) 8 ndash placă de presare 9 ndash apărătoare

Pentru instalatia de foraj F 200 se va folosi un geamblac A 6 -32-1250GF-300 (-400C)(vezi [1] cap 54 tab56)adica geamblac de foraj cu 6 roţi role pe ax cu diametrul cablului de manevră de 32 mm

diametrul exterior al rolei de 1250 mm sarcina maximă de lucru 300tfşi temperatura de lucru de ndash

40degC Din tabelul 56 Cap 5 [1]se observă că acest tip de geamblac face parte din clasa

echipamentului (de manevră) 450

Tabel 33 Caracteristicile GeamblaculuiUnMas

Denumire 6-32GF-300Sarcina maxima la coroana geamblacului tf 400

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300Nr Roti manevra - 6

Diam cablului mm 32Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in functie de rulmenti US tonf 416Masa t 28

49

34Alegerea elevatorului 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

Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane de tubare (B-ElPCB) (bdquocasing slip

elevator-spiderrdquo icircn lb en) este o sculă de manevră care se foloseşte icircn timpul tubării puţurilor

atacirct pentru susţinerea coloanei de burlane (CB) ca broască cu pene aşezată pe masa rotativă

(MR) cacirct şi pentru săltarea din penele broaştei şi introducerea coloanei icircn puţ ca elevator (cu

pene) Deci aceste scule se folosesc icircn pereche icircn timpul tubării puţurilor una aşezată pe MR

susţine CB prin icircmpănare icircndeplinind funcţia de broască cu pene (vezi fig 341) iar cealaltă

care este susţinută icircn chiolbaşi avacircnd rolul de elevator (cu pene) se prinde tot prin icircmpănare pe

burlanul care s-a adăugat prin icircnşurubare la coloană saltă CB din broasca cu pene şi o susţine icircn

timpul introducerii ei icircn sondă (vezi fig 342)

Fig 342 Tragerea burlanului pe jilip cu ajutorul unui elevator de tras burlane pentru a fi icircnşurubat icircn

coloana susţinută icircn broasca cu pene

50

Fig 343 Varianta de elevator (cu pene) (cu inel ridicător) a broaştei-elevator cu pene cu două semicorpuri care este susţinută icircn ochiurile inferioare ale chiolbaşilor (11) icircn timpul introducerii coloanei de burlane (12) icircn puţul care se tubează 1 ndash corp carcasă 2 ndash umăr 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă de siguranţă 5 ndash corp de pană 6 ndash bacuri 7 ndash pacirclnie de ghidare 8 ndash cadru ridicător 9 ndash icircmpingătoare 10 ndash mecanism cu pacircrghii de ridicare

Din punct de vedere funcţional se deosebesc tipurile bull broască cu pene (BP) bull elevator cu pene (ElP)

Fig344 Broasca-elevator cu pene

51

In figura 344 este reprezentata Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane (broasca cu pene icircn partea de sus stanga elevatorul cu pene icircn partea dreapta şi vedere de sus a elevatorului cu pene icircn partea de jos) 1ndash corp 2ndash umăr braţ superior 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă (siguranţă pentru chiolbaşi) 5 ndash poartă uşă 6 ndash pene 7 ndash bacuri 8 ndash placă de sprijin (pe masa rotativă) 9 ndash guler de protecţie şi ghidare 10 ndash pacirclnie de ghidare HB ndash icircnălţimea broaştei cu pene HE ndash icircnălţimea elevatorului cu pene l ndash lăţimea broaştei-elevator

Alegerea elevatorului cu pene se face din conditiile urmatoare

FPgtFCBM

(341)

unde

FPleFBminusEl PCB

(342)

Studiind oferta companiei STEROM SA Cacircmpina conform ([1] cap 8 tab88) se alege un elevator cu pene de tipul

B-ElPCB 4frac12 ndash 13⅜ in x 350 ts (9⅝ x 275 ts x 8⅝) (ndash 45ordmC)

icircnseamnă broască-elevator destinată utilizării pentru burlane cu diametrul nominal cuprins

icircntre 4frac12 in şi 13⅜ in (inclusiv) cu sarcina nominală (sarcina maximă de lucru) de 350 ts (320tf)

echipată cu pene set de pene de 958 in cu sarcina nominală (maximă de lucru) de 275 ts (250 tf)

icircn care sunt montate bacuri de 858 in adică această broască-elevator este echipată pentru susţinerea

unei CB de 858 care determină icircn timpul manevrei ei o sarcină maximă la cacircrlig de cel mult 275ts

(250 tf) Ea este executată să lucreze icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash 45 ordmC

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

21t∙981ms2 =20601kN

35 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatorul pentru prăjini de foraj (ElPF) (bdquodrill pipe elevatorrdquo icircn lb en) este o sculă de

manevră care se foloseşte pentru susţinerea garniturii de foraj (GarF) icircn timpul extragerii şi

introducerii ei icircn sondă El prinde sub mufa PF şi este agăţat prin umerii săi icircn ochiurile

inferioare ale chiolbaşilor

ElPF se compune din

52

ndash două corpuri articulate care se icircnchid pe PF prevăzute cu cacircte un umăr cu care se suspendă icircn

ochiurile inferioare (mici) ale chiolbaşilor

ndash icircnchizatorul celor două corpuri

ndash eclise cu bolţuri prinse icircn umeri pentru asigurarea contra ieşirii chiolbaşilor

Elevatoarele se deosebesc prin forma lor modul de icircnchidere a celor două corpuri şi forma

suprafeţei de rezemare a prăjinilor

Din punctul de vedere al icircnchiderii se diferenţiază

ndash ElPF cu icircnchidere centrală (ElPFIcircC)

ndash ElPF cu icircnchidere laterală (ElPFIcircL)

După forma suprafeţei de sprijin al PF se disting

ndash ElPF cu scaun drept (ELPFSD) deci cu suprafaţă de rezemare dreaptă folosite pentru

manevrarea prăjinilor de foraj cu racorduri speciale sudate cu umăr drept (RSSUD) sau cu

racorduri icircnfiletate [1]

Fig 351 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun conic

ndash ElPF cu scaun conic (ElPFSC) care dispun de o suprafaţă de rezemare interioară tronconică cu unghiul de icircnchidere standardizat de 18deg ca şi mufele racordurilor speciale sudate cu umăr conic (RSSUC)

53

Fig 352 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun dreptElevatoarele sunt tipizate prescripţiile generale fiind prevăzute de API Spec 8A [85] şi

Spec 8C [86] Icircn fig 88 este reprezentat un ElPF cu scaun conic iar icircn fig 89 un ElPF cu scaun

drept

In figura 34 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic

Fig 34 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Alegerea elevatorului pentru prajini se face in functie de tipul prajinilor de foraj

1 Daca prajinile sunt cu recorduri speciale infiletate atunci cu scaun drept

2 Daca prajinile sunt cu racorduri speciale sudate atunci cu scaun conic

La alegerea elevatorului trebuie indeplinita conditia

FElgtFGar FMn

(sarcina normala utila de la carlig) (351)

icircn care FGar FM

este sarcina maximă care apare icircn timpul manevrării garniturii pacircnă la adacircncimea

maximă de foraj a puţului respectiv

54

Pentru că prăjinile de foraj sunt cu RSSUC si FGar FM

=122863kN conform tabelului 85

[1] cap 8 se alege un elevator cu scaun conic cu urmatoarea nominalizare

Elevator cu scaun conic 4frac12 x 1214 x 250 adica

elevator cu scaun conic cu dimensiunea nominală de 4frac12 ( pentru prăjini de foraj cu

RSSUC cu diametrul nominal de 4frac12 DPF = 4frac12) cu diametrul interior de 1214 mm (ceea ce

icircnseamnă că se utilizează pentru prăjini cu capetele fie cu II fie cu IEI (conform tabelului 85 cap

8) şi cu sarcina maximă de lucru de 250 tf cu masa mEl=1828kg conform NR 05-1018R STEROM

SA

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

ELpF= mEl middot g (253)

GEl = 1828 kg middot 981 ms2 = 18 kN

36Alegerea chiolbasilor

Chiolbaşii (Ch) (bdquothe drilling linksrdquo bdquoelevator linksrdquo icircn lb en) denumiţi şi bdquobraţele de

elevatorrdquo sunt scule de foraj care fac legătura icircntre cacircrlig şi elevator fiind utilizaţi icircn timpul

manevrei garniturii de foraj (GarF) şi coloanelor de burlane (CB)

Ei se agaţă cu ochiurile superioare de umerii cacircrligului şi susţin cu ochiurile lor inferioare

elevatorul prin umerii acestuia (vezi fig 361) Astfel sarcina datorată GarF sau CB este

preluată prin intermediul elevatorului de către Ch care o transmit cacircrligului [1]

55

Fig 361 Ansamblul format din macara-cacircrlig chiolbaşi şi elevator icircncare este susţinută garnitura de foraj icircn timpul manevrei acesteia

Din punct de vedere al sarcinii de lucru exista 3 tipuri de chiolbasi

1 Usor (sarcini mici)

2 Mediu (sarcini medii)

3 Greu (sarcini mari)

Tipul usor are forma de za alungita iar cel mediu si greu ndash de bara prevazuta la ambele capete cu

ochiuri

Chiolbasii se executa prin forjare in matrita dintr-o singura bucata de otel slab aliat de

constructii pentru a se asigura o rezistenta mare atat prin fibrajul obtinut prin procedeul tehnologic

respective cat si prin compozitie si prin TT folosit

Fig 362 Diferite tipuri de chiolbaşi

Alegerea chiolbasilor se face in functie de sarcina de lucru si de lungimea nominala

Fig 363 Tipurile de chiolbaşi şi dimensiunile lor principale a ndash chiolbaş de tipul uşor b ndash chiolbaş de tipul mediu c ndash chiolbaş de tipul greu C2 ndash raza de curbură interioară a ochiului superior G1 ndash raza de curbură interioară a ochiului

56

inferior D2 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului superior cu umărul cacircrligului H1 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului inferior cu umărul elevatorului d d1 ndash diametrul barei L ndash lungimea de lucru (dintre

punctele de sprijin pe umărul cacircrligului şi pe umărul elevatorului)

Conform normelor prevazute pentru F200-2DH se aleg chiolbasi de tip greu serie Chiolbaşi 69 x 2100 x 320

Gama de sarcini Fch = 320 tf perDimensiuni principale- d1 = 85 mm- C2 = 108 mm

- G1 =70 mm- D2 = 34 mm - H1 = 345 mm- Lungimea totala Lch = 2100 mm- Masa netă informativă mch = 247 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (36)

GCh = 247 kg middot 981 ms2 = 243 kN

37Alegerea cablului de manevra

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

1 la manevră cablul de manevră sau de foraj

2 la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcărit

3 la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancoră

4 pentru rabaterea turlei cablul de praştie

5 la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electrici

Cablurile 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

57

1 de acelaşi diametru 5 la fire2 de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 371)

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

Fig 371 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

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

1 organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)

2 metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)

3 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 ]

58

Fig 372 Cablarea a ndash icircnfăşurarea spre dreapta b ndash icircnfăşurarea spre stacircngac ndash cablarea icircn cruce stacircnga (ZS) d ndash cablarea icircn cruce dreapta (SZ)e ndash cablarea paralelă dreapta (ZZ) f ndash cablarea paralelă stacircnga (SS)

Alegerea cablului se face pe baza sarcinii sale reale minime de rupere (Srm) astfel icircncacirct să fie satisfăcută condiţia de rezistenţă (vezi [1])

Srm gecM middot FM (37)

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

CM - coeficientul de siguranţă pentru operatiile de tubare si instrumentatie care se accepta egal cu

valoarea 2 conform API Spec9B iar FM ste forta maxima din RA a infasurarii cablului Ea se

determina cu expresia[1]

(372)

in care FM este forta totala care actioneaza asupra ramurilor din cablu z ndash nr de role de la macaraηMminusG - randamentul masinii macara-geamblac la ridicareRandamentul masinii macara-geamblac la ridicare se obtine cu relatia (cf[1])

ηMminusG=β2 ∙Zminus1

2 ∙ Z ∙ β2 ∙Z ∙ ( βminus1 ) (373)

unde β este inversul randamentului unei role

β= 1ηRo

(374)

pentru care se admite valoarea β =104 conform API iar ηRo =096 (API) randament role

59

FM=FM

2sdotzsdotηM minusG

Conform tipului de ansamblu MC ales z =5 Atunci rezultă

ηMminusG =

1 04225minus12sdot5sdot1 042sdot5 (1 04minus1 )

=0 811

Forţa F M se calculează cu expresia (conform [1])

FM =F M +GoTsdot(1+

ac(M )

g )

(375)

unde FM

este sarcina maxima utila la carlig GoT - greutatea moarta la tubare g- acceleratia

gravitationala g= 981 ms2 ac(M )

- acceleratia miscarii carligului are valori cuprinse in domeniul

[0515]∙ ms2

Greutatea moartă la tubare se determină ţinacircnd cont de greutatea elementelor ansamblului

MC a chiolbaşilor (Ch) a elevatorului cu pene (ElP) şi a ramurilor de cablu dintre macara şi

geamblac

GoT =

GMC+G ch+GEl P+GCM

(376)

Deoarece la acest moment nu se cunoaşte tipodimensiunea cablului şi ca urmare masa sa unitară se face aproximaţia

GoT iquestGMC+G ch+GEl P (377)

rezulta

GOT=8446 kN+243kN+20601 kN=1075 kN

Ştiind tipul IF se determină

FM

=200tf= 200∙981 =1962kNSe accepta

ac(M )=1 m s2

si se obtine

FM =1962 kN+107 5 kNsdot(1+ 19 81 )=2080 46 kN

60

Se calculeaza

F =

2080 46 kN2sdot5sdot0 811

=256 531 kN

Se determină sarcina reală minimă de rupere necesară a cablului cu formula

Srmnec gecM middot FM (378)

c M=2 ( conform API) si rezulta

Srmnec =2∙256531kN=513062kN

Se alege un cablu Seale cu o măsură a lui Srm astfel icircncacirct să fie icircndeplinită condiţia următoare

Sr mgtSr m nec

(379)

Ca urmare din [1] tabelul 52 se constată că se poate alege

Cablu Seale 6x19-32-1570 SZ STAS1689-80

caracterizat prin

nT=6 nr toroane

n f=19=1+9+9 nr fire din fiecare torondc=32 mm diametrul nominalRm=1570 MPa rezistenta minima de rupere a sarmelorSr m=531 32 kN sarcina reala minima de rupered0=3 mm diametrul sarmelor centraled1=1 45 mm diametrul sarmelor intermediared2=26 mm diametrul sarmelor exterioarem1 C=3 89 kg m masa unitara

Tipul cablării cruce dreapta (SZ) adică sensul de icircnfăşurare a firelor icircn toron este spre stanga(S) iar sensul de icircnfăşurare a toroanelor icircn cablu este spre dreapta (Z)Sr m=531 32gtSr nec=513 062 kN

Deci conditiaSr mgtSr nec este satisfacuta

Se reia calculul pentru verificare

61

Trebuie sa recalculam FM tinand cont si de greutatea cablului GCM

GCM =2sdotzsdotlr CM(M ) sdotqc (3710)

qc - greutatea unitara a cabluluiqc =m1 Csdotg (3711)

qc =3 89 kg msdot9 81 m s2=38 161 N mlr CM(M ) =(15 m+lp )+sminuslb (3712)

lr CM(M )

=(15 m+27 m)+65 mminus9 m=26 m

in care s=65m ndash spatiu de siguranta lb=9m lungimea unui burlanlp=27m lungimea pasului

GCM=2sdot5sdot26 msdot38 161 N m=9 922 kN

GoT=107 5 kN+9 922kN=117 422kN

Pentru IF F200-2DH vom avea

F =

2091 413 kN2sdot5sdot0 811

=257 88 kN

c M=Sr m

F c M=531 32kN

257 88 kN=2 06gtc=2

Tabelul 375 Parametrii caracteristici ai cablurilor Seale 6 x 19 conform STAS 1689-80

38 Alegerea troliului de foraj

62

FN=200sdot9 81kN+117 442kN (1+ 19 81

)=2091 413kN

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

δCEcong 012 ∙ 127 mm=1524 mmcong 15 mm

Se constată că cele două măsuri sunt apropiate Atunci folosind expresia

DS PE=iquestD M CE+2 ∙δCE riquest

(133)

rezulta

DS PE=iquest1413 mm+2 ∙15 mm=1713mmiquest

Dar sapa trebuie să treacă prin interiorul coloanei anterioare de 8⅝Prime (2191 mm) Această

coloană fiind introdusă la adacircncimea de 2660 m rezultă din diagrama de tubare că ultimul său

tronson trebuie să fie alcătuit din burlane cu grosimea maximă de perete de 1143 mm Deci

diametrul interior minim al coloanei intermediare de 8⅝Prime calculat cu relaţia

Di m CI ( I )=iquest D CI( I)minus2 ∙S BM iquest (134)

are măsura

Di m CI ( I )=2191 mmminus2 ∙1143 mm=1962 mm

Folosind tabelul 4 se observă că se poate alege o sapă cu diametrul nominal de 6frac34Prime (1715 mm) cu ajutorul căreia se realizează spaţiul inelar cu măsura recomandată respectiv

δCE=05 ∙ (1715 mmminus1413 mm )=151mm

şi care poate trece prin tronsonul cu diametrul interior minim al CI(I) jocul interior minim

determinat cu relaţia (cf [11])

δ i m CI ( I )=05∙ (Di m CI (I )minusDS PE ) (135)

δ i m CI ( I )=05∙ (1962 mmminus1715 mm )=123 mm

Icircn continuare se alege varianta constructivă de sapă MA- 634 DGJ cu diametrul de 6frac34Prime necesară pentru roci MA Adică o sapă cu dinţi din oţel avacircnd contraconul icircntărit şi prin ştifturi din carburi metalice sinterizate (D) cu lagăre cu alunecare etanşe (G) şi cu spălare exterioară cu fluid de foraj (cu jet) (J)

14

14 Alegerea 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 adancime (AnAd) al GarF

Exista doua variante de executie a PG(vezi [3]aplicatia 4)

1 forjate cu tratament termic de imbunatatire pe toata lungimea2 laminate (din tevi cu pereti grosi) cu tratament termic de normalizare si о imbunatatire

la capetePG se realizeaza in urmatoarele forme constructive

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

Fig 141Prajini grele circulare (PGC)

Tabelul 143 Alegerea diametrului nominal al PG (DPG) icircn funcţie de diametrul sapei

(DS)

Ds mm

1365divide1411

1492divide1615

1615divide1715

2127divide2286

2444divide2508

2695 295 3112 3492 ge3747

DPG mm

114(108)

121divide139

(114divide

133divide146

(121divide

187(159)

203(178)

229(203)

245(219)

245(229)

254(229)

273(254)

15

121) 133)

Alegerea PG inseamna determinarea masurilor urmatoarelor marimi

1 diametrul nominal (DPG)2 diametrul interior (DPGi)3 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 avand 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 cat mai mare a diametrului nominal

2 asigurarea unui spatiu inelar (SI) intre peretele putului si PG cu omasura cat mai mare

pentru ca pierderea de presiune (ΔpSIPG) rezultata la curgerea fiuidului de foraj sa fie cat

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 implicand o masura cat mai mica a diametrului nominal

Pe baza unor cercetari experimentale (cf [2]) efectuate in conditii de santier privind viteza medie

de avansare a sapei (vAv) si timpul de prindere in teren a GarF pentru fiecare sonda (tPrSd) in

functie de raportul D2PG D2

S s-a constatat ca exista un domeniu optim de valori pentru acest

raport

D2PG D2

S =[06 07]

Fig 142Viteza 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 foraj

16

Icircn funcţie de valoarea raportului DPGDS se clasifică (cf [6]) PG şi tipurile de formaţiuni icircn care

se recomandă să se foreze (vezi tabelul 142)

Tabelul 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

Pentru alegerea PGC se recomanda relatia empirica[6]

DPG=DS-25 (142)Pentru forajul putului de exploatare al Sondei 7 se considera ca nu exista pericol de

prindere in formatiunea geologica traversata prin foraj pana la adancimea finala

Avand in vedere tipul de formatiune precizat mai sus conform tabelului 2 se alege PG

supradimensionata cu DPG DS= 089

DPG= 1715mm ndash 25mm =1465mm

Din tabelul 143 conform [6] se alege DPG= 146mm Din tabelul 1 (vezi aplicatia 4) se

alege măsura standardizată a diametrului nominal cea mai apropiată de măsurile rezultate anterior

adică DPG = 1524 mm pentru care exista DPGi isin572 715]mm cu m1PGisin 1234 1115 kgm

Rezultă DPGDS = 08886 089cong

ceea ce este icircn acord cu tipul de PG supradimensionată recomandată pentru formaţiunile

fără pericol de prindere

Se calculeaza greutatea unitara

qPG=m1PG ∙ g (143)

unde

DPGi este diametrul interior prajini grele

- pentru DPGi= 572 mm

q=1234kgm

∙ 981ms=1210554

Nm

=1211kN m

unde g este acceleratia de cadere libera g=981 ms2

- pentru DPGi= 715 mm

q=1115kgm

∙ 981m

s2=1093815

Nm

=1094 kN m

17

Se calculeaza coeficientul pierderii de presiune din interiorul PG cu formula

α PGi=

8π 2

sdotλPG i

DPG i5

in care

(144)

λPGi reprezinta coeficientul de rezistenta hidraulica liniara si are o valoare constanta si anume (conform [1])

λPGi=002

- pentru DPGi= 572 mm

α PGi=

8π 2

sdot 0 02

(5 72sdot10minus2 )5 m5= 8

π2sdot2sdot10minus2sdot1010

5 725 m5= 8

π2sdot20000sdot104

5 725 m5=26475sdot104 mminus5

- pentru DPGi= 715 mm

α PGi=

8π 2

sdot 0 02

(7 15sdot10minus2)5 m5= 8

π2sdot2sdot10minus2sdot1010

7 155 m5= 8

π 2sdot20000sdot104

7 155 m5=0 8675sdot104 mminus5

Daca se alege masura mai mica a diametrului interior atunci lungimea AnAd va fi mai mica

dar fara sa se evite fenomenul de flambaj deoarece aceasta lungime este mai mare decat 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 alege PG cuDPG= 6 in= 1524 mm DPgi = 2 1316 in= 715 mm IFU de tipulNC 44 m1PG = 1115 kgm

Mir=244kNm (momentul de insurubare recomandat) i=W M

( lC)

W C(1905 )=284

Se observa ca i=284gtiopt= 25 ceea ce inseamna ca imbinarea filetata cu umar a PG asigura o rezistenta mare la oboseala in sectiunile sale critice (Vezi [1])

14Verificarea la flambaj a ansamblului de prajini grele

141 Determinarea lungimii ansamblului de adancime

Pe baza datelor obtinute anterior se calculeaza lungimea ansamblului de PG (LAnAd) cu formula (vezi [1])

18

LAn Ad=FS

c L ∙qPG ∙(1minusρf

ρo)∙ (cosθminusμa sinθ)

(151)undeFS este forta de apasare pe sapa ρ f -densitatea fluidului de foraj(150tm3) ρ odensitatea otelului(785tm3) LAnPG este lungimea ansamblului de prăjini grele in m

qPG ndash greutatea unitara a PG CL ndash coeficientul lungime Fs ndash forta de apasare pe sapa Ө - unghiul mediu de deviere al sondei fata de vertical g ndash acceleraţia gravitaţională in ms Densitatea fluidului de foraj se poate aprecia cu expresia empirică(cf [8])

ρ f=125+025∙ ln (H ∙10minus3) (152)

ρ f=[125+025∙ ln (35 ∙ 103 ∙10minus3 ) ] t

m3=1563 t m3

Din conditiile tehnologice se alege ρf =15 tm3 (vezi Ap 1)Se calculeaza greutatea unitara a PG

qPG=m1 PGsdotg (153)

qPG=1115kgm

∙981m

s2=109382

Nmcong 1094

kNm

Se calculează forţa de apăsare pe sapă (cf [8])

FS=(03+7 5sdot10minus5sdotH )sdotDS

(154)

FS=(03+75 ∙ 10minus5 ∙35 ∙103)∙ 1715 kN= 9647 kN

Se calculeaza lungimea ansamblului de PG cu expresia (151)

LAn PG=9647 kN

0 85sdot1 094 kN msdot(1minus 157 85 )sdot(cos 30minus03sdotsin 30)

=130 475 m

Өiquest30

Se determina numarul de PG cu relatia

nPG=L An PG

lPG (155)

Unde lPG reprezinta lungimea unei prajini grele Daca se admite pentru lPG

19

masura normala care este egala cu 9m atunci se obtine

nPG=130 475m9 m

=14 49≃15

Se alege nPG=15 si se recalculeaza LAnPG

LAn PG=15sdot9m=135 mSe recalculeaza coeficientul de lungime al AnPG

c L=96 47 kN

135 msdot1 094kNm

sdot(1minus 157 85 )sdot(cos 30minus03sdotsin 30)

=0 821

si se constata ca valoarea lui se gaseste in domeniul recomandat adica [070 085]

142 Verificarea la flambaj a AnPG (vezi [3] aplicatia5)

Lungimea supusa la compresiune a AnPG este c LsdotLAn PG=0 821sdot135=110 835 m (156)

Se calculeaza lungimea critica de flambaj a AnPG(vezi [1])

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 PGExpresia de sub radical adică

(158)

se numeşte (conform lui N Pacircrvulescu) volum de rigiditate la gravitatie deoarece are dimensiunea unui volum si exprima un caracter de rigiditate al PG

Momentul geometric axial se calculeaza cu formula

I PG= π64

sdot( DPG4 minusDPG i

4 ) (159)

I PG= π64

sdot(15 244minus7 154) cm4=2520 375 cm4≃2 5203sdot10minus5 m4

20

Greutatea unitara aparenta a PG se determina cu formula

qa PG=qPGsdot(1minusρf

ρo) (1510)

Se obtine

qa PG=1 094kNm

sdot(1minus 157 85 )=0 885

kNm

Măsura volumului de rigiditate la gravitaţie al PG este

V PG=21∙ 1011 N

m2∙ 2520375 ∙10minus5 m4

0885∙ 103 Nm

=5981∙ 103 m3

Rezultă imediat măsura lungimii critice de flambaj a AnPG

LAn PG cr=17∙3radic5981∙103 m3=3085 mcong 31 m

Comparand aceasta masura a lungimii critice de flambaj a AnPG cu aceea a lungimii

portiunii din AnPG supuse la compresiune se constata

c LsdotLAn PG=110 835 mgtLAn PG cr=31 m

Ceea ce inseamna ca AnPG flambeaza sub actiunea fortei de apasare pe sapa Avand 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 corector-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 prajinile grele al doilea

al treilea si respectiv al patrulea stabilizator (vezi cap 1fig124 f)

21

Fig 143 Alcătuirea ansamblului de adacircncime al garniturii de foraj

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

Alegerea prajinilor de foraj (vezi Apl 6)Prăjinile de foraj (PF) sunt fabricate din ţevi de oţel laminate la cald icircngroşate la capete Se execută următoarele tipuri de PF [6] ndash PF cu racorduri speciale sudate (prin presiune de contact) (PFRSS) ndash PF cu racorduri speciale filetate (PFRSF)

PFRSS se realizează icircn conformitate cu STAS 80371-80 (bdquoPrăjini de foraj pentru racorduri sudate Clasele de rezistenţă D E şi G-105 Dimensiunirdquo) şi conform normei API 5A ndash pentru PF din clasele de rezistenţă D şi E ndash şi normei API 5AX ndash pentru PF din clasele de rezistenţă X-95 G-105 şi S-135 După forma icircngroşării capetelor PFRSS se execută icircn trei variante (vezi fig 161)

ndash PF cu capete icircngroşate la interior (II) (sau IU ndash Internal Upset conform API) ndash PF cu capete icircngroşate la exterior (IE) (sau EU ndash External Upset conform API) ndash PF cu capete icircngroşate la exterior şi la interior (IEI) (sau IEU ndash Internal- External Upset conform API)

22

Fig 161 Prăjini de foraj cu racorduri speciale sudate (PFRSS) [1] a ndash varianta II (cu capetele icircngroşate la interior) respectiv IU (Internal Upset) conform API b ndash varianta IE (cu capetele icircngroşate la exterior) respectiv EU (External Upset) conform API c ndash varianta IEI (cu capetele icircngroşate la exterior şi la interior) respectiv IEU (Internal-External Upset) conform API

Alte tipuri de PF sunt ndash PF cu perete gros ( Thick Wall Drill-Pipe icircn lb en) ndash PF cu grosimea de perete variabilă ndash PF cu racorduri speciale sudate cu canale elicoidale şi cu perete gros

Racordurile speciale pentru sudare (RSS) de la PF cu II IE şi IEI au tipodimensiunile şi

condiţiile tehnice reglementate icircn STAS 75701-80 (bdquoRacorduri speciale pentru sudare prin contact

la prăjini de foraj din clasele de rezistenţă D şi Erdquo) icircn norma API Spec 7 şi de asemenea icircn

normele interne ale firmelor constructoare RSS se execută icircn două variante constructive (fig

162)

ndash varianta A RSS cu scaun conic

ndash varianta B RSS cu scaun drept

23

Fig 162 Racorduri speciale pentru sudare (RSS) la prăjini de foraj [2] varianta A (cu scaun conic) varianta B (cu scaun drept)

Normele API Spec 7 prevăd RS şi pentru PF confecţionate din oţeluri din clasele de rezistenţă

superioare X-95 G-105 şi S-135

RSS sunt prevăzute cu icircmbinări filetate cu umăr (IcircFU) standardizate icircn STAS 8351-80

Alegerea prăjinilor de foraj

A alege prăjinile de foraj (PF) icircnseamnă a stabili ndash tipul PF

ndash diametrul nominal (DPF) şi grosimea de perete (sPF)

ndash clasa (gradul) de rezistenţă ndash clasa de uzură

ndash intervalul de măsuri ale lungimii

Criteriile pe baza cărora se face alegerea PF sunt următoarele

1) rezistenţă maximă la solicitările statice şi variabile care se asigură prin alegerea

corespunzătoare a tipului de PF a clasei de rezistenţă şi a celei de uzură a PF a intervalului de

măsuri ale lungimii PF şi a unei măsuri a grosimii de perete cacirct mai mari

2) rezistenţă maximă la acţiunea mediului coroziv care impune alegerea corespunzătoare a oţelului

şi dacă este cazul alegerea PF cu acoperiri speciale anticorozive şi de asemenea a unei măsuri a

grosimii de perete cacirct mai mari

3) energie minimă consumată icircn timpul forajului care icircnseamnă

a) energie mecanică de rotaţie minimă care se asigură prin alegerea unor măsuri ale

diametrului nominal şi grosimii de perete cacirct mai mici 24

b) energie hidraulică minimă (consumată prin circulaţia fluidului de foraj)ceea ce

presupune o pierdere de presiune minimă la curgerea fluidului de foraj prin interiorul PF care

determină alegerea unei măsuri cacirct mai mici a grosimii de perete

4) energie minimă consumată icircn timpul manevrei GarF ceea ce presupune alegerea PF cu măsura

minimă a masei unitare

Diametrul nominal al PF reprezinta diametrul exterior al corpului PF DPF=DPFe (161)

Diametrul nominal al PF se determina in functie de Dsmasurile orientative fiind date in tabelul de mai jos

Ds mm 150170 150200 175225 200250 225300 gt250DPF mm(in) 889(3 frac12) 1016(4) 1143(4 frac12) 127(5) 1397(5 frac12) 1683(658)

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

Pentru diametrul sapei de foraj determinat icircn subcapitolul anterior Ds= 1715 mm = 634rdquo se alege diametrul nominal al prăjinii de foraj DPF =4 frac12rdquo = 1143 mm

Din STAS 8037 ndash 88 (vezi aplicatia 5 tabelul 1) se alege diametrul nominal standardizat 412rdquo E 75 cu urmatoarele caracteristici

- masa cu racorduri m1PF= 33 Kgm

- grosimea peretelui s= 1092 mm

- diametrul interior DPfi= 9246=925 mm

- aria prăjinii de foraj A= 3547 mm2

- modulul de rezistentă WP= 10583 cm3

- tipul icircngroşării EU

- gradul de rezistenta E 75

- presiunea exterioara limita pel= 894 bar= 894MPa

- presiunea interioara limita pil= 865 bar =865MPa

- forţa de tracţiune limita FtcL= 1834 kN

- momentul de torsiune limita MtLPF= 5003 kNm

- tipodimensiunea IFU a RSS NC46 (4IF)

Solicitari care duc la limita de curgere a RSS

- momentul de insurubare limita dpdv al curgerii materialului RSS

25

M i RS L=53 69 kNm

FtRSL = 4 664 kN (forţa de tracţiune limită dpdv al curgerii materialului RSS)

- momentul de insurubare recomandatM i r=27 3 kNm

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)

Se obtine

APF=π4sdot(114 32 mmminus92 462 mm)=3547 mm2

Se determina modulul de rezistenta polar al sectiunii transversale a corpului PF cu formula

W p=I p

DPF

2

(162)

unde I p este momentul geometric polar al sectiunii transversale a corpului PF

I p=π32

∙( DPF4 minusDPFi

4 )= π32

∙ DPF4 ∙[1minus( DPFi

DPF)

4] (163)

I p=π

32sdot114 34 mmsdot[1minus(925 mm

114 3 mm )4 ]=9569240 653 mm4=956 924 mm3

deci

W p=π

16sdotDPF

3 sdot[1minus( DPF i

DPF)

4]

(164)

Rezulta

W p=π

16sdot114 33sdot[1minus(92 5

114 3 )4]=167658 175 mm3

Calculul tensiunii de tractiune

σ tcl=F tcl

APF

(165)

26

σ tcl=1834 kN

3547 mm2 =1834 ∙ 103 N3547 mm2 =517056 ∙106 Pa

Aceasta tensiune arata limita de curgere minima conform tabelului cu caracteristicile

mecanice ale prajinilor de foraj pentru clasa de rezistenta E75 (vezi aplicatia 6) Limita de curgere

trebuie sa se situeze in intervalul 517hellip724 In cazul nostrum limita este 517 MPa care se

incadreaza intre valorile recomandate

-calculul tensiunii tangentiale τ=G∙θ ∙ r (166)

θ=M t

G ∙ I p

(16 7)

Unde G este modulul de elasticitate transversal al materialului din care se confectioneaza PFPentru otel G= 81010 Paθ- torsiunea specificar- raza punctului considerat din sectiunea transversala a corpului PF

θ= 5003∙ 103 Nm8 ∙ 1010 N m2 ∙ 0956∙ 10minus5m4 =653 ∙ 10minus2 1

m

τ=8 ∙1010 N

m2∙ 653 ∙ 10minus2 mminus1∙ 5785∙ 10minus2m=29855106

N

m2

Aceasta tensiune reprezinta tensiunea tangentiala de curgere

Lungimea ansamblului superior utilizat pentru forajul putului de exploatare se determina cu

expresia

LAn S=H MminusLAn PG (168) LAn S=3500 mminus162 m=3338 m

Se calculeaza numarul de PF

nPF=

LAn S

lPF (169)Considerand ca lungimea unei prajini este cea normala adica 9m se obtine

nPF=3338

9=37088

Se alege nPF=371 si se recalculeaza lungimea AnS

LAnS=371∙9m=3339 m

27

17Alegerea 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

garnitura stanga) [1]

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 masa rotativă 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 (658 REG) in timpul forajului după tubarea unei coloane de burlane prăjina

de antrenare trebuie uneori schimbată ndash diametrul cepului 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 de lucru 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 [1]

28

Fig 171 Prăjina de antrenare forjată a ndash pătrată b ndash hexagonală

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

Alegerea 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-cep

Se prefera alegerea unei prajini de antrenare forjate deoarece nu necesita reductii de legatura

proprii asa cum este cazul prajinii laminate

29

Fig172 Reducţii de legătură icircntre prăjina de antrenare (PA) şi racordul special (RS) denumite RLRS a ndash

reducţie dreaptă (pentru icircmbinări filetate cu aceleaşi dimensiuni) b ndash reducţie icircn trepte (pentru icircmbinări filetate cu

dimensiuni diferite)

Se alege o prajina de antrenare forjata patrata avand elementul de imbinare superioara de

tipul mufa cu filet stanga de tipul 658 REG pentru asamblarea cu reductie cap hidraulic(RLCH)

Pentru ansamblul superior al garniturii de foraj s-a stabilit ca se iau prajini de foraj de 4 12 in cu

racorduri speciale sudare(RSS) cu IEI si tipodimensiunea IFU NC 46

Ca urmare conform tabelului 1 aplicatia 7 se alege prajina de antrenare in varianta

constructiva 1(standard) cu dimensiunea nominala de 4 frac14 in Se foloseste o RLPA dreapta de

tipul mufa(NC46)-cep(NC46) ca in figura 172 a

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 infDPA

mm(in)DPAi mm

a mm

lPA m

mPAkg

1cep

6 58 REGmufăNC46

mufă6 58

REG

cepNC46

A (dreapta) NC46-NC46

108(4 14)

714 108 12192 800

30

18 Alegerea tipului de instalatie de foraj

Instalaţia de foraj reprezintă totalitatea maşinilor utilajelor si instalaţiilor necesare săpării unei sonde

Studiul pe sisteme al instalaţiilor de foraj corespunde principalelor operaţii care se efectuează

pentru forarea unei sonde precum si principalelor grupe de maşini si utilaje care intra in

componenta acestor instalaţii

Sistemele de lucru ale unei instalaţii de foraj sunt

1 Sistemul de manevra mdash SM- cu ajutorul căruia se realizează ridicarea si coboracircrea

sarcinilor

2 Sistemul de circulaţie - SC - care asigura circulaţia fluidului de foraj

3 Sistemul de rotire - SR - care realizează rotirea garniturii de prăjini in timpul forajului

In cazul instalaţiilor de foraj transportabile apare si sistemul de transport

Pentru asigurarea condiţiilor de funcţionare a sistemelor de lucru instalaţia de foraj mai

cuprinde sistemul de comenzi instalaţia de preparare si curăţare a fluidului de foraj dispozitive

de mecanizare si automatizare ansamblul de scule materialul tubular [1]

Alegerea instalaţiei de foraj se face pe baza sarcinii maxime utile (sarcinii maxime de lucru) FM (V APLICATIA 9)

In aplicatiile anterioare s-au determinat greutatile fiecarei coloane de burlane si anume

GCI(I)= 1413516 kN GCE= 722187kN

Rezulta ca cea mai grea CB GCBM=max GCI(I) GCE=1413516 kN

S-au ales pentru forajul putului de exploatare prajini grele cu DPG=6 in=1524 mm

DPGi=2 1316 in= 715 mm m1PG = 1115 kgm qPG=1094kNm LAnPG=135 m

Se determina greutatea AnPG

GAn PG=qPGsdotL An PG

(181)

si se obtine

GAnPG=1094kNm135m=14769kN

Greutatea unitara a PFse calculeaza folosind formula

qPF=m1 PFsdotg (182)

qPF=33kgm

sdot9 81m

s2=323 73

Nm

31

Greutatea AnS va fi

GAn S=qPFsdotLAn S (183)

GAn S=323 73Nm

sdot3 339sdot103 m=1080 934kN

Greutatea GarF se obtine insumand greutatea AnPG si greutatea AnS

GGar F=GAn PG+GAn S (184)

Se obtine

GGar F=147 69 kN+1080 934 kN=1228 624 kN

Se considera ca cea mai grea GarF este garnitura utilizata pentru forajul putului de exploatare

GGar F M=1228 624 kN

Alegerea IF se face pe baza sarcinii nominale de la carlig si a tipului de actionare

FM =max FM T FM D (185)

Sarcina maxima utila de tubare se calculeaza cu formula[1]

FM T

=GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+(1+kmf( M ) )sdot

ac

( M )

g ] (186)

in care

k r(M )estecoeficientul fortei de frecare la ridicarea coloanei de burlane intre peretele putului si

fluidul de foraj k mf(M )minusiquestcoeficientul de masa al fluidului de foraj din interiorul coloanei aderent la

coloana ac(M )- acceleratia miscarii carligului in cazul ridicarii sarcinii normale

kDij- coeficientul diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

ρ0 ndashdensitatea otelului din care sunt confectionate burlanele

ρf -densitatea fluidului de foraj

Coloana fiind considerată plină cu fluid de foraj cu aceeaşi măsură a densităţii ca şi aceea

din interiorul puţului forat coeficientul k mf(M ) se determină cu formula [1]

k m f=ρf

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1] (187)

unde DCB este diametrul nominal al CB GCBM ndash greutatea celei mai grele coloane de burlane Sfa- grosimea startului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al coloanei de burlane

32

LCB ndash lungimea CB lj ndash lungimea tronsonului de ordinul j kDij ndash coef diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

K Dij=Dibj

DCB

(188)

Pentru CI(I) de 858in vom avea

DCI(I)=858in= 2191 mmntCI(I)=6

sB jisin 10 16 10 16 8 94 10 16 10 16 11 43 mmDi B jisin 198 8 198 8 2012 198 8198 8 196 8 mm

k Di jisin 0 907 0 907 0 918 0 907 0 907 0 898 l jisin 255 325 460 520 395 705 m

LCI(I)=HCI(I)=2660m

=125tm3

sf a=0 653 mm grosimea stratului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al CB

iquestsumj=1

6

(1minusk Di j2 )sdotl j=

(1-09072)sdot255+(1minus09072 )sdot325+(1-09182 )sdot460+ (1minus09072 )sdot52 0++ (1-09072)sdot39 5+(1minus0 8982)sdot705=473 972 m

Se admite

k r(M )=02

si ac

(lt M )=1 ms2 Se obţine

Sarcina maxima utila la tubare

FM T =1413 516 kN sdot[(1minus1 25 t m3

7 85 t m3 )sdot(1+02 )+ (1+0 745 )sdot 19 81 ]=1677 556 kN

Sarcina maxima utila de degajare a celei mai grele garnituri de foraj se determina cu relatia[1]

FM D =GGar F Msdot(1minus ρ f

ρo)+FD M

FD M este forta de degajare maxima FD M =300kN

33

k m f(M )=

ρ f

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

5

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1]=

Măsura lui FDM se apreciază icircn funcţie de măsura lui HM conform tabelului 1 aplicatia 9

FM D =1228 624 kNsdot(1minus1 25 t m3

7 85 t m3)+300 kN=1332 983

kN

Conform rezultatelor de mai sus se obtineFM

=max 1677 556 1332983 kN=1677 556 kN 9 81≃171 0047 tf

Ca urmare se poate alege o IF transportabilă pe cale terestră pe subansamble (SAn) din clasa F 200 (vezi [1])

Tipul acţionării se alege icircn funcţie de posibilitatea de alimentare cu energie electrică a IF icircn

zona de amplasare de instalaţiile aflate icircn dotarea firmei de foraj şi de costul comparativ al

combustibilului şi al energiei electrice din perioada cacircnd o să lucreze instalaţia icircn situaţia icircn care

firma dispune de instalaţii cu acţionări neautonome sau autonome

Se admite că situaţia din zona de amplasament a IF impune o acţionare de tipul DH Avacircnd

icircn vedere acest lucru rezultă că se poate alege o IF de tipul

F-200-2DH (T(SAn))

19 Concluzii

Pe baza datelor luate din materialul didactic si standardele nationale cat si internationale s-a

facut un calcul teoretic de alegere al instalatiei de foraj Luand in consideratie ca mediul real poate

aduce un aport negativ asupra calculelor teoretice in rezultatele prezentate mai sus s-au luat niste

coeficienti de siguranta care sa acopere riscurile posibile totodata s-a constatat ca desi pentru

Sonda 7 Pacurari este necesara o instalatie mai mica decat cea aleasa am fost nevoit sa aleg anume

F200-2DH deoarece conditiile tehnico-economice presupun utilizarea tipului utilajului folosit deja

in industria petroliera si standardizat conform normelor STAS si API

2 PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

21 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

34

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

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 arborele 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 [1]

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 MBM 820 cu supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului DH de tipul GF-820+CHC-750-2 sunt

prezentate icircn fig 21 Se analizează dependenţele funcţionale reprezentate de aceste curbe (vezi

aplicatia 13)

35

Fig 2 1 Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului de acţionare de tipul DHformat din GF 820 şi CHC-750-2 pentru reglarea motorului diesel la sarcină plină

şi funcţionarea lui cu gradul maxim de accelerare (la care puterea maximă amotorului este puterea nominală Pn) şi funcţionarea lui cu gradul maxim deaccelerare MI MII ndash momentul dezvoltat la arborele primar (I) respectiv laarborele secundar (II) al CHC ωI ωII ndash viteza unghiulară PI PII ndash puterea

ηCHC ndash randamentul CHC

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (210)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (211)

Tabel 311 Parametrii functionali ai grupului de actionare GF-820 + CHC-750-2

36

Fig 211 Curba caracteristica exterioara a CHC este o caracteristica flexibila cresterea momentului rezistent este

preluata de CHC prin reducerea importanta a vitezei unghiulare a arborelui secundar

Din aceste grafice se deduce ca pentru ηm= 07 DEF al CHC-750-2 reprezentat prin ηCH ϵ

[0700 0847] nII ϵ [275 950] rotmin MII ϵ [14730 4000] kNm

Din datele obinute rezulta avantajele utilizarii CHC in cadrul GA de tipul DH

1 CHC lucreaza ca un variator continuu de viteza adica ωII se modifica automat si continuu odata cu variatia momentului rezistent aplicat arborelui secundar astfel se spune ca CHC isi regleaza regimul de functionare deci CHC permite o autoadaptare a GA la sarcina

2 Utilizarea CHC simplifica lantul cinematic al IF37

3 CHC protejeaza motorul Diesel impotriva suprasarcinilor si a socurilor transmise de la antorul sistemului de lucruinclusive in situatia blocarii secundarului

Fig 212 Curbele caracteristice pentru sarcina plina ale motorului MBM-820 si curba puterii in functie de sarcina plina a aceluiasi motor

22 Alegerea modului de acţionare

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

38

Instalaţiie 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[1]

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

39

Fig 221 Schema structural-functionala a unei instalatii de foraj cu mod de actionare centralizatin varianta MAC2 cu

actionare DH

S-a ales varianta MAC2 in care PN este actionata separat formand impreuna cu GA si transmisiile mecanice respective un grup motopompa (GMP) dupa cum TA este DH vezi 1[1])

23 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

1 pompe centrifuge pentru hidrocicloane2 site vibratoare 3 agitatoare4 pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de foraj5 pompe centrifuge pentru apa6 pompe centrifuge pentru chimicale7 pompe pentru reziduuri8 pompe pentru combustibil9 comanda hidraulica a prevenitoarelor10 instalaţie pentru uscarea aerului11 agregate pentru icircncălzire12 maşini-unelte13 agregat pentru sudura

40

14 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

Tabel 231 Consumatorii auxiliari de forta utilizati in cadrul IF de tipul F200-2DH si puterea lor

NrCrt

Denumirea consumatorilor Puterea motorului

kW

NrmotoarePuterea totala

kW

A Instalatia de foraj propriu-zisa

1 Site virbatoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 10 75

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa racire troliu 75 1 75

5 Pompa apa racire frina hidraulica 75 1 75

6 Pompe instalatie amestec chimicale 3 2 6

7 Pompe combustibil 3 2 6

8 Pompe ulei 15 1 15

9 Pompe de preparare a fluidului de foraj 75 2 150

10 Pompa baterie denisipare 55 1 55

11 Pompa baterie desmiluire 50 1 50

12 Instalatie degazeificare 5 1 5

13 Degazeificator 30 1 30

14 Instalatie de preparare centrifuga 20 3 60

15 Instalatie transport material pulverulent 4 1 4

16 Dispozitiv salvare garnitura 20 1 20

17 Dispozitiv strins-slabit 11 1 11

18 Dispozitiv manevra prajini grele 75 1 75

19 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

20 Pod tubaj reglabil 75 1 75

21 Instalatie comanda prevenitoare 11 1 11

41

22 Instalatie de uscare aer 15 1 15

23 Instalatie iluminat normal 18 1 18

24 Instalatie iluminat siguranta 08 1 08

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

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

PCsAF = 5928 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

24 Calculul puterii instalate

Puterea instalata a IF (Prsquo) reprezinta puterea motoarelor utilizate pentru actionarea

antoarelor principale a celor auxiliare si pentru actionarea celorlalte utilaje si instalatii folosite

pentru executarea diverselor operatii auxiliare

Prsquo = P + PCsAF (241)

P = n Pn (242)

Pn-Puterea nominala a motorului MB820 Pn= 655 kW

n-numarul de motoare folosite

P = (2+2) ∙ PnP = (2 + 2) 655kW = 2620 kW

Prsquo= 2620 kW + 5928 kW = 32128 kW

25 ConcluziiIn capitolul 2 s-au ales grupurile de actionare Alegerea s-a facut pe baza analizei

parametrilor motoarelor si caracteristicile acestora s-a evidentiat modul de utilizare al acestor

grupuri de actionare astfel incat sa fie satisfacute conditiile de tehnologicitate si economicitate

Acest lucru s-a facut pentru a obtine niste parametri de lucru cat se poate eficienti si economici

deoarece in cazul neindeplinirii uneia din conditii se pot intampla atat stagnari ale procesului

normal de foraj (uneori poate chiar si cu consecinte catastrofale) cat si pierderi financiare mari

42

3 ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ SI PREZENTAREA PARAMETRILOR SI CARACTERISTICILOR LOR

31Alegerea capului hidraulic

Fig31 Secţiune prin CH (reprezentare schematică (a) şi reprezentare constructivă (b))1 ndash corp (oală) 2 ndash bolţ 3 ndash toartă (biglu) 4 10 ndash rulment cu role cilindrice (de ghidare) 5 11 ndash garnituri de

etanşare 6 ndash rulment axial principal cu role conice 7 ndash fus 8 ndash reducţie 9 ndash rulment axial secundar cu bile 12 ndash felinar (capac) 13 ndash lulea 14 ndash piuliţă inferioară 15 ndash ţeavă de spălare 16 ndash cutie de etanşare 17 ndash etanşarea icircntre

partea superioară a ţevii de spălare şi lulea 18 ndash piuliţă superioară 19 ndash şuruburi de fixare

Capul hidraulic [1] (CH) este un utilaj care face parte din ansamblul de antrenare a GarF

El reprezinta nodul de legatura intre cele trei echipamente principale (EqPr) ale IF echipamentul

de circulatie (EqC) echipamentul de rotatie (EqR) si de manevra (EqM)

CH este suspendat in ciocul cirligului triplex cu ajutorul toartei sale La randul sau CH sustine

garnitura de foraj prin intermediul reductiei de legatura si al prajinii de antrenare De luleaua CH

se monteaza furtunul de noroi

43

Ca urmare functiunile CH sunt

1 Sustinerea GarF in timpul forajului

2 Permiterea rotatiei GarF

3 Conducerea fluidului de forajsub presiunede la FN la PA prin lulea teava de spalare

fus si RLCHin cazul circulatiei directe

Marimile fizice principale ale CH1 marimile functionale

- sarcina de lucru maxima

- turatia maxima a fusului

- presiunea maxima a fluidului de foraj

2 marimile dimensional-constructive

- diametrul interior al tevii de spalare

- tipo-dimensiulnile de legatura

3 marimile de anduranta

- sarcina limitacapacitatea in functie de rulmentul principal

- durabilitatea rulmentului principal

- durabilitatea etansarii tevii de spalare

Fig 31 Capul hidraulic (CH) montat icircn ciocul cacircrligului icircn timpul forajului

Alegerea capului hidraulic se face pe baza sarcinii maxime de lucru (FCH M

) si trebuie sa echipeze instalatia de foraj F200-2DH [1]

44

FCH M

geF M

(31)

FM =200 tf

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

(32)

Capetele hidraulice construite icircn Romacircnia sunt tipizate conform SR 5736 [66] care este

elaborat icircn concordanţă cu API Spec 8A [67] şi API Spec 8C [68]

Din tab 62 Cap 6 6 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH ndash 320 (ndash40degC) SR 5736

necesar instalaţiei de foraj alese F200

CHndash320 (ndash40degC) SR 5736 este un cap hidraulic echipat cu rulment axial-oscilant cu role

butoi cu sarcina maximă de lucru de 320tf care lucrează icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash

40degC

Conform SR 5736 acest tip de CH se caracterizează şi prin

Sarcina limită sau capacitatea maximă icircn funcţie de rulmentul principal FRLCH=147tf

pM = 35MPa nM = 300 rotmin di = 762 mm LP 4 (filetul de legătură al lulelei cu FF) 6⅝

REG LH (filetul de legătură cu RLCH)

32Alegerea ansamblului macara carlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 32 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]

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia [1]

FMC ge FCM (321)

Din tab32 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32-1250 MC -300 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii

45

Tabel 31 Caracteristicile Ansamblului Macara-Carlig

Tabelul 32 Tipurile de macarale-cacircrlig construite icircn Romacircnia şi caracteristicile lor (cf [69])

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (32)

GMC =8610t middot 981 ms2 = 84464 kN

46

UnMas F200Denumire 5-32MC-300

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300

Nr Roti manevra - 5

Diam cablului mm 32

Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140

Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in f-ie de rulmenti US tonf 347

Masa t 8610

Fig 32 Construcţia ansamblului-cacircrlig mono-bloc 1 ndash cacircrlig triplex 2 ndash bolţ 3 ndash pahar şi rulment axial 4 ndash tijă 5ndash piston 6 ndash arcuri de destindere 7 ndash piesă de legătură icircntre ansamblul cacircrligului şi macara 8 ndash axul macaralei 9 ndash role 10 ndash rulmenţii macaralei 11 ndash plăci laterale

33Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul de foraj reprezinta partea fixa a masinii macara-geamblac Se monteaza in

grupul mastului pe grinzi numite coroana geamblacului Este format dintr-un ax pe care se

monteaza un anumit numar de role (z+1) prin intermediul unor rulmenti Fiecare rola se misca

independent de celelalte (z-numarul de role de la macara) [1]

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

-geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţie romacircnească Avantajul acestui tip

constructiv este acela că este o construcţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

- 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

47

c geamblacul de foraj din două blocuri

- geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se pot roti şi interschimba asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

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

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

a geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

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

b geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

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 ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia [1]

Fig 331 Geamblac cu o roata separata

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 332

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

Alegerea geamblacului de foraj se face in functie de sarcina de lucru maxima de diametrul cablului utilizat de tipul cablului de manevra de tipul macaralei respectiv de tipul ansamblului macara-carlig

48

Pentru instalatia F200-2DH se alege unul din geamblacurile tipizate care sa indeplineasca cerintele impuse

Fig 33 2Geamblac monobloc 1 ndash suport (prin care GF se montează prin şuruburi de coroană ramă) 2ndash ax 3 ndash rolă roată 4 ndash rulment radial-axial cu role conice pe două racircnduri 5 ndash disc distanţier 6 ndash bucşă distanţieră 7 ndash ungător cu bilă (folosit pentru ungerea consistentă a rulmenţilor) (canalele de ungere sunt practicate icircn plan orizontal) 8 ndash placă de presare 9 ndash apărătoare

Pentru instalatia de foraj F 200 se va folosi un geamblac A 6 -32-1250GF-300 (-400C)(vezi [1] cap 54 tab56)adica geamblac de foraj cu 6 roţi role pe ax cu diametrul cablului de manevră de 32 mm

diametrul exterior al rolei de 1250 mm sarcina maximă de lucru 300tfşi temperatura de lucru de ndash

40degC Din tabelul 56 Cap 5 [1]se observă că acest tip de geamblac face parte din clasa

echipamentului (de manevră) 450

Tabel 33 Caracteristicile GeamblaculuiUnMas

Denumire 6-32GF-300Sarcina maxima la coroana geamblacului tf 400

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300Nr Roti manevra - 6

Diam cablului mm 32Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in functie de rulmenti US tonf 416Masa t 28

49

34Alegerea elevatorului 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

Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane de tubare (B-ElPCB) (bdquocasing slip

elevator-spiderrdquo icircn lb en) este o sculă de manevră care se foloseşte icircn timpul tubării puţurilor

atacirct pentru susţinerea coloanei de burlane (CB) ca broască cu pene aşezată pe masa rotativă

(MR) cacirct şi pentru săltarea din penele broaştei şi introducerea coloanei icircn puţ ca elevator (cu

pene) Deci aceste scule se folosesc icircn pereche icircn timpul tubării puţurilor una aşezată pe MR

susţine CB prin icircmpănare icircndeplinind funcţia de broască cu pene (vezi fig 341) iar cealaltă

care este susţinută icircn chiolbaşi avacircnd rolul de elevator (cu pene) se prinde tot prin icircmpănare pe

burlanul care s-a adăugat prin icircnşurubare la coloană saltă CB din broasca cu pene şi o susţine icircn

timpul introducerii ei icircn sondă (vezi fig 342)

Fig 342 Tragerea burlanului pe jilip cu ajutorul unui elevator de tras burlane pentru a fi icircnşurubat icircn

coloana susţinută icircn broasca cu pene

50

Fig 343 Varianta de elevator (cu pene) (cu inel ridicător) a broaştei-elevator cu pene cu două semicorpuri care este susţinută icircn ochiurile inferioare ale chiolbaşilor (11) icircn timpul introducerii coloanei de burlane (12) icircn puţul care se tubează 1 ndash corp carcasă 2 ndash umăr 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă de siguranţă 5 ndash corp de pană 6 ndash bacuri 7 ndash pacirclnie de ghidare 8 ndash cadru ridicător 9 ndash icircmpingătoare 10 ndash mecanism cu pacircrghii de ridicare

Din punct de vedere funcţional se deosebesc tipurile bull broască cu pene (BP) bull elevator cu pene (ElP)

Fig344 Broasca-elevator cu pene

51

In figura 344 este reprezentata Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane (broasca cu pene icircn partea de sus stanga elevatorul cu pene icircn partea dreapta şi vedere de sus a elevatorului cu pene icircn partea de jos) 1ndash corp 2ndash umăr braţ superior 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă (siguranţă pentru chiolbaşi) 5 ndash poartă uşă 6 ndash pene 7 ndash bacuri 8 ndash placă de sprijin (pe masa rotativă) 9 ndash guler de protecţie şi ghidare 10 ndash pacirclnie de ghidare HB ndash icircnălţimea broaştei cu pene HE ndash icircnălţimea elevatorului cu pene l ndash lăţimea broaştei-elevator

Alegerea elevatorului cu pene se face din conditiile urmatoare

FPgtFCBM

(341)

unde

FPleFBminusEl PCB

(342)

Studiind oferta companiei STEROM SA Cacircmpina conform ([1] cap 8 tab88) se alege un elevator cu pene de tipul

B-ElPCB 4frac12 ndash 13⅜ in x 350 ts (9⅝ x 275 ts x 8⅝) (ndash 45ordmC)

icircnseamnă broască-elevator destinată utilizării pentru burlane cu diametrul nominal cuprins

icircntre 4frac12 in şi 13⅜ in (inclusiv) cu sarcina nominală (sarcina maximă de lucru) de 350 ts (320tf)

echipată cu pene set de pene de 958 in cu sarcina nominală (maximă de lucru) de 275 ts (250 tf)

icircn care sunt montate bacuri de 858 in adică această broască-elevator este echipată pentru susţinerea

unei CB de 858 care determină icircn timpul manevrei ei o sarcină maximă la cacircrlig de cel mult 275ts

(250 tf) Ea este executată să lucreze icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash 45 ordmC

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

21t∙981ms2 =20601kN

35 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatorul pentru prăjini de foraj (ElPF) (bdquodrill pipe elevatorrdquo icircn lb en) este o sculă de

manevră care se foloseşte pentru susţinerea garniturii de foraj (GarF) icircn timpul extragerii şi

introducerii ei icircn sondă El prinde sub mufa PF şi este agăţat prin umerii săi icircn ochiurile

inferioare ale chiolbaşilor

ElPF se compune din

52

ndash două corpuri articulate care se icircnchid pe PF prevăzute cu cacircte un umăr cu care se suspendă icircn

ochiurile inferioare (mici) ale chiolbaşilor

ndash icircnchizatorul celor două corpuri

ndash eclise cu bolţuri prinse icircn umeri pentru asigurarea contra ieşirii chiolbaşilor

Elevatoarele se deosebesc prin forma lor modul de icircnchidere a celor două corpuri şi forma

suprafeţei de rezemare a prăjinilor

Din punctul de vedere al icircnchiderii se diferenţiază

ndash ElPF cu icircnchidere centrală (ElPFIcircC)

ndash ElPF cu icircnchidere laterală (ElPFIcircL)

După forma suprafeţei de sprijin al PF se disting

ndash ElPF cu scaun drept (ELPFSD) deci cu suprafaţă de rezemare dreaptă folosite pentru

manevrarea prăjinilor de foraj cu racorduri speciale sudate cu umăr drept (RSSUD) sau cu

racorduri icircnfiletate [1]

Fig 351 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun conic

ndash ElPF cu scaun conic (ElPFSC) care dispun de o suprafaţă de rezemare interioară tronconică cu unghiul de icircnchidere standardizat de 18deg ca şi mufele racordurilor speciale sudate cu umăr conic (RSSUC)

53

Fig 352 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun dreptElevatoarele sunt tipizate prescripţiile generale fiind prevăzute de API Spec 8A [85] şi

Spec 8C [86] Icircn fig 88 este reprezentat un ElPF cu scaun conic iar icircn fig 89 un ElPF cu scaun

drept

In figura 34 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic

Fig 34 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Alegerea elevatorului pentru prajini se face in functie de tipul prajinilor de foraj

1 Daca prajinile sunt cu recorduri speciale infiletate atunci cu scaun drept

2 Daca prajinile sunt cu racorduri speciale sudate atunci cu scaun conic

La alegerea elevatorului trebuie indeplinita conditia

FElgtFGar FMn

(sarcina normala utila de la carlig) (351)

icircn care FGar FM

este sarcina maximă care apare icircn timpul manevrării garniturii pacircnă la adacircncimea

maximă de foraj a puţului respectiv

54

Pentru că prăjinile de foraj sunt cu RSSUC si FGar FM

=122863kN conform tabelului 85

[1] cap 8 se alege un elevator cu scaun conic cu urmatoarea nominalizare

Elevator cu scaun conic 4frac12 x 1214 x 250 adica

elevator cu scaun conic cu dimensiunea nominală de 4frac12 ( pentru prăjini de foraj cu

RSSUC cu diametrul nominal de 4frac12 DPF = 4frac12) cu diametrul interior de 1214 mm (ceea ce

icircnseamnă că se utilizează pentru prăjini cu capetele fie cu II fie cu IEI (conform tabelului 85 cap

8) şi cu sarcina maximă de lucru de 250 tf cu masa mEl=1828kg conform NR 05-1018R STEROM

SA

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

ELpF= mEl middot g (253)

GEl = 1828 kg middot 981 ms2 = 18 kN

36Alegerea chiolbasilor

Chiolbaşii (Ch) (bdquothe drilling linksrdquo bdquoelevator linksrdquo icircn lb en) denumiţi şi bdquobraţele de

elevatorrdquo sunt scule de foraj care fac legătura icircntre cacircrlig şi elevator fiind utilizaţi icircn timpul

manevrei garniturii de foraj (GarF) şi coloanelor de burlane (CB)

Ei se agaţă cu ochiurile superioare de umerii cacircrligului şi susţin cu ochiurile lor inferioare

elevatorul prin umerii acestuia (vezi fig 361) Astfel sarcina datorată GarF sau CB este

preluată prin intermediul elevatorului de către Ch care o transmit cacircrligului [1]

55

Fig 361 Ansamblul format din macara-cacircrlig chiolbaşi şi elevator icircncare este susţinută garnitura de foraj icircn timpul manevrei acesteia

Din punct de vedere al sarcinii de lucru exista 3 tipuri de chiolbasi

1 Usor (sarcini mici)

2 Mediu (sarcini medii)

3 Greu (sarcini mari)

Tipul usor are forma de za alungita iar cel mediu si greu ndash de bara prevazuta la ambele capete cu

ochiuri

Chiolbasii se executa prin forjare in matrita dintr-o singura bucata de otel slab aliat de

constructii pentru a se asigura o rezistenta mare atat prin fibrajul obtinut prin procedeul tehnologic

respective cat si prin compozitie si prin TT folosit

Fig 362 Diferite tipuri de chiolbaşi

Alegerea chiolbasilor se face in functie de sarcina de lucru si de lungimea nominala

Fig 363 Tipurile de chiolbaşi şi dimensiunile lor principale a ndash chiolbaş de tipul uşor b ndash chiolbaş de tipul mediu c ndash chiolbaş de tipul greu C2 ndash raza de curbură interioară a ochiului superior G1 ndash raza de curbură interioară a ochiului

56

inferior D2 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului superior cu umărul cacircrligului H1 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului inferior cu umărul elevatorului d d1 ndash diametrul barei L ndash lungimea de lucru (dintre

punctele de sprijin pe umărul cacircrligului şi pe umărul elevatorului)

Conform normelor prevazute pentru F200-2DH se aleg chiolbasi de tip greu serie Chiolbaşi 69 x 2100 x 320

Gama de sarcini Fch = 320 tf perDimensiuni principale- d1 = 85 mm- C2 = 108 mm

- G1 =70 mm- D2 = 34 mm - H1 = 345 mm- Lungimea totala Lch = 2100 mm- Masa netă informativă mch = 247 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (36)

GCh = 247 kg middot 981 ms2 = 243 kN

37Alegerea cablului de manevra

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

1 la manevră cablul de manevră sau de foraj

2 la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcărit

3 la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancoră

4 pentru rabaterea turlei cablul de praştie

5 la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electrici

Cablurile 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

57

1 de acelaşi diametru 5 la fire2 de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 371)

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

Fig 371 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

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

1 organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)

2 metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)

3 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 ]

58

Fig 372 Cablarea a ndash icircnfăşurarea spre dreapta b ndash icircnfăşurarea spre stacircngac ndash cablarea icircn cruce stacircnga (ZS) d ndash cablarea icircn cruce dreapta (SZ)e ndash cablarea paralelă dreapta (ZZ) f ndash cablarea paralelă stacircnga (SS)

Alegerea cablului se face pe baza sarcinii sale reale minime de rupere (Srm) astfel icircncacirct să fie satisfăcută condiţia de rezistenţă (vezi [1])

Srm gecM middot FM (37)

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

CM - coeficientul de siguranţă pentru operatiile de tubare si instrumentatie care se accepta egal cu

valoarea 2 conform API Spec9B iar FM ste forta maxima din RA a infasurarii cablului Ea se

determina cu expresia[1]

(372)

in care FM este forta totala care actioneaza asupra ramurilor din cablu z ndash nr de role de la macaraηMminusG - randamentul masinii macara-geamblac la ridicareRandamentul masinii macara-geamblac la ridicare se obtine cu relatia (cf[1])

ηMminusG=β2 ∙Zminus1

2 ∙ Z ∙ β2 ∙Z ∙ ( βminus1 ) (373)

unde β este inversul randamentului unei role

β= 1ηRo

(374)

pentru care se admite valoarea β =104 conform API iar ηRo =096 (API) randament role

59

FM=FM

2sdotzsdotηM minusG

Conform tipului de ansamblu MC ales z =5 Atunci rezultă

ηMminusG =

1 04225minus12sdot5sdot1 042sdot5 (1 04minus1 )

=0 811

Forţa F M se calculează cu expresia (conform [1])

FM =F M +GoTsdot(1+

ac(M )

g )

(375)

unde FM

este sarcina maxima utila la carlig GoT - greutatea moarta la tubare g- acceleratia

gravitationala g= 981 ms2 ac(M )

- acceleratia miscarii carligului are valori cuprinse in domeniul

[0515]∙ ms2

Greutatea moartă la tubare se determină ţinacircnd cont de greutatea elementelor ansamblului

MC a chiolbaşilor (Ch) a elevatorului cu pene (ElP) şi a ramurilor de cablu dintre macara şi

geamblac

GoT =

GMC+G ch+GEl P+GCM

(376)

Deoarece la acest moment nu se cunoaşte tipodimensiunea cablului şi ca urmare masa sa unitară se face aproximaţia

GoT iquestGMC+G ch+GEl P (377)

rezulta

GOT=8446 kN+243kN+20601 kN=1075 kN

Ştiind tipul IF se determină

FM

=200tf= 200∙981 =1962kNSe accepta

ac(M )=1 m s2

si se obtine

FM =1962 kN+107 5 kNsdot(1+ 19 81 )=2080 46 kN

60

Se calculeaza

F =

2080 46 kN2sdot5sdot0 811

=256 531 kN

Se determină sarcina reală minimă de rupere necesară a cablului cu formula

Srmnec gecM middot FM (378)

c M=2 ( conform API) si rezulta

Srmnec =2∙256531kN=513062kN

Se alege un cablu Seale cu o măsură a lui Srm astfel icircncacirct să fie icircndeplinită condiţia următoare

Sr mgtSr m nec

(379)

Ca urmare din [1] tabelul 52 se constată că se poate alege

Cablu Seale 6x19-32-1570 SZ STAS1689-80

caracterizat prin

nT=6 nr toroane

n f=19=1+9+9 nr fire din fiecare torondc=32 mm diametrul nominalRm=1570 MPa rezistenta minima de rupere a sarmelorSr m=531 32 kN sarcina reala minima de rupered0=3 mm diametrul sarmelor centraled1=1 45 mm diametrul sarmelor intermediared2=26 mm diametrul sarmelor exterioarem1 C=3 89 kg m masa unitara

Tipul cablării cruce dreapta (SZ) adică sensul de icircnfăşurare a firelor icircn toron este spre stanga(S) iar sensul de icircnfăşurare a toroanelor icircn cablu este spre dreapta (Z)Sr m=531 32gtSr nec=513 062 kN

Deci conditiaSr mgtSr nec este satisfacuta

Se reia calculul pentru verificare

61

Trebuie sa recalculam FM tinand cont si de greutatea cablului GCM

GCM =2sdotzsdotlr CM(M ) sdotqc (3710)

qc - greutatea unitara a cabluluiqc =m1 Csdotg (3711)

qc =3 89 kg msdot9 81 m s2=38 161 N mlr CM(M ) =(15 m+lp )+sminuslb (3712)

lr CM(M )

=(15 m+27 m)+65 mminus9 m=26 m

in care s=65m ndash spatiu de siguranta lb=9m lungimea unui burlanlp=27m lungimea pasului

GCM=2sdot5sdot26 msdot38 161 N m=9 922 kN

GoT=107 5 kN+9 922kN=117 422kN

Pentru IF F200-2DH vom avea

F =

2091 413 kN2sdot5sdot0 811

=257 88 kN

c M=Sr m

F c M=531 32kN

257 88 kN=2 06gtc=2

Tabelul 375 Parametrii caracteristici ai cablurilor Seale 6 x 19 conform STAS 1689-80

38 Alegerea troliului de foraj

62

FN=200sdot9 81kN+117 442kN (1+ 19 81

)=2091 413kN

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

14 Alegerea 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 adancime (AnAd) al GarF

Exista doua variante de executie a PG(vezi [3]aplicatia 4)

1 forjate cu tratament termic de imbunatatire pe toata lungimea2 laminate (din tevi cu pereti grosi) cu tratament termic de normalizare si о imbunatatire

la capetePG se realizeaza in urmatoarele forme constructive

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

Fig 141Prajini grele circulare (PGC)

Tabelul 143 Alegerea diametrului nominal al PG (DPG) icircn funcţie de diametrul sapei

(DS)

Ds mm

1365divide1411

1492divide1615

1615divide1715

2127divide2286

2444divide2508

2695 295 3112 3492 ge3747

DPG mm

114(108)

121divide139

(114divide

133divide146

(121divide

187(159)

203(178)

229(203)

245(219)

245(229)

254(229)

273(254)

15

121) 133)

Alegerea PG inseamna determinarea masurilor urmatoarelor marimi

1 diametrul nominal (DPG)2 diametrul interior (DPGi)3 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 avand 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 cat mai mare a diametrului nominal

2 asigurarea unui spatiu inelar (SI) intre peretele putului si PG cu omasura cat mai mare

pentru ca pierderea de presiune (ΔpSIPG) rezultata la curgerea fiuidului de foraj sa fie cat

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 implicand o masura cat mai mica a diametrului nominal

Pe baza unor cercetari experimentale (cf [2]) efectuate in conditii de santier privind viteza medie

de avansare a sapei (vAv) si timpul de prindere in teren a GarF pentru fiecare sonda (tPrSd) in

functie de raportul D2PG D2

S s-a constatat ca exista un domeniu optim de valori pentru acest

raport

D2PG D2

S =[06 07]

Fig 142Viteza 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 foraj

16

Icircn funcţie de valoarea raportului DPGDS se clasifică (cf [6]) PG şi tipurile de formaţiuni icircn care

se recomandă să se foreze (vezi tabelul 142)

Tabelul 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

Pentru alegerea PGC se recomanda relatia empirica[6]

DPG=DS-25 (142)Pentru forajul putului de exploatare al Sondei 7 se considera ca nu exista pericol de

prindere in formatiunea geologica traversata prin foraj pana la adancimea finala

Avand in vedere tipul de formatiune precizat mai sus conform tabelului 2 se alege PG

supradimensionata cu DPG DS= 089

DPG= 1715mm ndash 25mm =1465mm

Din tabelul 143 conform [6] se alege DPG= 146mm Din tabelul 1 (vezi aplicatia 4) se

alege măsura standardizată a diametrului nominal cea mai apropiată de măsurile rezultate anterior

adică DPG = 1524 mm pentru care exista DPGi isin572 715]mm cu m1PGisin 1234 1115 kgm

Rezultă DPGDS = 08886 089cong

ceea ce este icircn acord cu tipul de PG supradimensionată recomandată pentru formaţiunile

fără pericol de prindere

Se calculeaza greutatea unitara

qPG=m1PG ∙ g (143)

unde

DPGi este diametrul interior prajini grele

- pentru DPGi= 572 mm

q=1234kgm

∙ 981ms=1210554

Nm

=1211kN m

unde g este acceleratia de cadere libera g=981 ms2

- pentru DPGi= 715 mm

q=1115kgm

∙ 981m

s2=1093815

Nm

=1094 kN m

17

Se calculeaza coeficientul pierderii de presiune din interiorul PG cu formula

α PGi=

8π 2

sdotλPG i

DPG i5

in care

(144)

λPGi reprezinta coeficientul de rezistenta hidraulica liniara si are o valoare constanta si anume (conform [1])

λPGi=002

- pentru DPGi= 572 mm

α PGi=

8π 2

sdot 0 02

(5 72sdot10minus2 )5 m5= 8

π2sdot2sdot10minus2sdot1010

5 725 m5= 8

π2sdot20000sdot104

5 725 m5=26475sdot104 mminus5

- pentru DPGi= 715 mm

α PGi=

8π 2

sdot 0 02

(7 15sdot10minus2)5 m5= 8

π2sdot2sdot10minus2sdot1010

7 155 m5= 8

π 2sdot20000sdot104

7 155 m5=0 8675sdot104 mminus5

Daca se alege masura mai mica a diametrului interior atunci lungimea AnAd va fi mai mica

dar fara sa se evite fenomenul de flambaj deoarece aceasta lungime este mai mare decat 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 alege PG cuDPG= 6 in= 1524 mm DPgi = 2 1316 in= 715 mm IFU de tipulNC 44 m1PG = 1115 kgm

Mir=244kNm (momentul de insurubare recomandat) i=W M

( lC)

W C(1905 )=284

Se observa ca i=284gtiopt= 25 ceea ce inseamna ca imbinarea filetata cu umar a PG asigura o rezistenta mare la oboseala in sectiunile sale critice (Vezi [1])

14Verificarea la flambaj a ansamblului de prajini grele

141 Determinarea lungimii ansamblului de adancime

Pe baza datelor obtinute anterior se calculeaza lungimea ansamblului de PG (LAnAd) cu formula (vezi [1])

18

LAn Ad=FS

c L ∙qPG ∙(1minusρf

ρo)∙ (cosθminusμa sinθ)

(151)undeFS este forta de apasare pe sapa ρ f -densitatea fluidului de foraj(150tm3) ρ odensitatea otelului(785tm3) LAnPG este lungimea ansamblului de prăjini grele in m

qPG ndash greutatea unitara a PG CL ndash coeficientul lungime Fs ndash forta de apasare pe sapa Ө - unghiul mediu de deviere al sondei fata de vertical g ndash acceleraţia gravitaţională in ms Densitatea fluidului de foraj se poate aprecia cu expresia empirică(cf [8])

ρ f=125+025∙ ln (H ∙10minus3) (152)

ρ f=[125+025∙ ln (35 ∙ 103 ∙10minus3 ) ] t

m3=1563 t m3

Din conditiile tehnologice se alege ρf =15 tm3 (vezi Ap 1)Se calculeaza greutatea unitara a PG

qPG=m1 PGsdotg (153)

qPG=1115kgm

∙981m

s2=109382

Nmcong 1094

kNm

Se calculează forţa de apăsare pe sapă (cf [8])

FS=(03+7 5sdot10minus5sdotH )sdotDS

(154)

FS=(03+75 ∙ 10minus5 ∙35 ∙103)∙ 1715 kN= 9647 kN

Se calculeaza lungimea ansamblului de PG cu expresia (151)

LAn PG=9647 kN

0 85sdot1 094 kN msdot(1minus 157 85 )sdot(cos 30minus03sdotsin 30)

=130 475 m

Өiquest30

Se determina numarul de PG cu relatia

nPG=L An PG

lPG (155)

Unde lPG reprezinta lungimea unei prajini grele Daca se admite pentru lPG

19

masura normala care este egala cu 9m atunci se obtine

nPG=130 475m9 m

=14 49≃15

Se alege nPG=15 si se recalculeaza LAnPG

LAn PG=15sdot9m=135 mSe recalculeaza coeficientul de lungime al AnPG

c L=96 47 kN

135 msdot1 094kNm

sdot(1minus 157 85 )sdot(cos 30minus03sdotsin 30)

=0 821

si se constata ca valoarea lui se gaseste in domeniul recomandat adica [070 085]

142 Verificarea la flambaj a AnPG (vezi [3] aplicatia5)

Lungimea supusa la compresiune a AnPG este c LsdotLAn PG=0 821sdot135=110 835 m (156)

Se calculeaza lungimea critica de flambaj a AnPG(vezi [1])

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 PGExpresia de sub radical adică

(158)

se numeşte (conform lui N Pacircrvulescu) volum de rigiditate la gravitatie deoarece are dimensiunea unui volum si exprima un caracter de rigiditate al PG

Momentul geometric axial se calculeaza cu formula

I PG= π64

sdot( DPG4 minusDPG i

4 ) (159)

I PG= π64

sdot(15 244minus7 154) cm4=2520 375 cm4≃2 5203sdot10minus5 m4

20

Greutatea unitara aparenta a PG se determina cu formula

qa PG=qPGsdot(1minusρf

ρo) (1510)

Se obtine

qa PG=1 094kNm

sdot(1minus 157 85 )=0 885

kNm

Măsura volumului de rigiditate la gravitaţie al PG este

V PG=21∙ 1011 N

m2∙ 2520375 ∙10minus5 m4

0885∙ 103 Nm

=5981∙ 103 m3

Rezultă imediat măsura lungimii critice de flambaj a AnPG

LAn PG cr=17∙3radic5981∙103 m3=3085 mcong 31 m

Comparand aceasta masura a lungimii critice de flambaj a AnPG cu aceea a lungimii

portiunii din AnPG supuse la compresiune se constata

c LsdotLAn PG=110 835 mgtLAn PG cr=31 m

Ceea ce inseamna ca AnPG flambeaza sub actiunea fortei de apasare pe sapa Avand 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 corector-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 prajinile grele al doilea

al treilea si respectiv al patrulea stabilizator (vezi cap 1fig124 f)

21

Fig 143 Alcătuirea ansamblului de adacircncime al garniturii de foraj

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

Alegerea prajinilor de foraj (vezi Apl 6)Prăjinile de foraj (PF) sunt fabricate din ţevi de oţel laminate la cald icircngroşate la capete Se execută următoarele tipuri de PF [6] ndash PF cu racorduri speciale sudate (prin presiune de contact) (PFRSS) ndash PF cu racorduri speciale filetate (PFRSF)

PFRSS se realizează icircn conformitate cu STAS 80371-80 (bdquoPrăjini de foraj pentru racorduri sudate Clasele de rezistenţă D E şi G-105 Dimensiunirdquo) şi conform normei API 5A ndash pentru PF din clasele de rezistenţă D şi E ndash şi normei API 5AX ndash pentru PF din clasele de rezistenţă X-95 G-105 şi S-135 După forma icircngroşării capetelor PFRSS se execută icircn trei variante (vezi fig 161)

ndash PF cu capete icircngroşate la interior (II) (sau IU ndash Internal Upset conform API) ndash PF cu capete icircngroşate la exterior (IE) (sau EU ndash External Upset conform API) ndash PF cu capete icircngroşate la exterior şi la interior (IEI) (sau IEU ndash Internal- External Upset conform API)

22

Fig 161 Prăjini de foraj cu racorduri speciale sudate (PFRSS) [1] a ndash varianta II (cu capetele icircngroşate la interior) respectiv IU (Internal Upset) conform API b ndash varianta IE (cu capetele icircngroşate la exterior) respectiv EU (External Upset) conform API c ndash varianta IEI (cu capetele icircngroşate la exterior şi la interior) respectiv IEU (Internal-External Upset) conform API

Alte tipuri de PF sunt ndash PF cu perete gros ( Thick Wall Drill-Pipe icircn lb en) ndash PF cu grosimea de perete variabilă ndash PF cu racorduri speciale sudate cu canale elicoidale şi cu perete gros

Racordurile speciale pentru sudare (RSS) de la PF cu II IE şi IEI au tipodimensiunile şi

condiţiile tehnice reglementate icircn STAS 75701-80 (bdquoRacorduri speciale pentru sudare prin contact

la prăjini de foraj din clasele de rezistenţă D şi Erdquo) icircn norma API Spec 7 şi de asemenea icircn

normele interne ale firmelor constructoare RSS se execută icircn două variante constructive (fig

162)

ndash varianta A RSS cu scaun conic

ndash varianta B RSS cu scaun drept

23

Fig 162 Racorduri speciale pentru sudare (RSS) la prăjini de foraj [2] varianta A (cu scaun conic) varianta B (cu scaun drept)

Normele API Spec 7 prevăd RS şi pentru PF confecţionate din oţeluri din clasele de rezistenţă

superioare X-95 G-105 şi S-135

RSS sunt prevăzute cu icircmbinări filetate cu umăr (IcircFU) standardizate icircn STAS 8351-80

Alegerea prăjinilor de foraj

A alege prăjinile de foraj (PF) icircnseamnă a stabili ndash tipul PF

ndash diametrul nominal (DPF) şi grosimea de perete (sPF)

ndash clasa (gradul) de rezistenţă ndash clasa de uzură

ndash intervalul de măsuri ale lungimii

Criteriile pe baza cărora se face alegerea PF sunt următoarele

1) rezistenţă maximă la solicitările statice şi variabile care se asigură prin alegerea

corespunzătoare a tipului de PF a clasei de rezistenţă şi a celei de uzură a PF a intervalului de

măsuri ale lungimii PF şi a unei măsuri a grosimii de perete cacirct mai mari

2) rezistenţă maximă la acţiunea mediului coroziv care impune alegerea corespunzătoare a oţelului

şi dacă este cazul alegerea PF cu acoperiri speciale anticorozive şi de asemenea a unei măsuri a

grosimii de perete cacirct mai mari

3) energie minimă consumată icircn timpul forajului care icircnseamnă

a) energie mecanică de rotaţie minimă care se asigură prin alegerea unor măsuri ale

diametrului nominal şi grosimii de perete cacirct mai mici 24

b) energie hidraulică minimă (consumată prin circulaţia fluidului de foraj)ceea ce

presupune o pierdere de presiune minimă la curgerea fluidului de foraj prin interiorul PF care

determină alegerea unei măsuri cacirct mai mici a grosimii de perete

4) energie minimă consumată icircn timpul manevrei GarF ceea ce presupune alegerea PF cu măsura

minimă a masei unitare

Diametrul nominal al PF reprezinta diametrul exterior al corpului PF DPF=DPFe (161)

Diametrul nominal al PF se determina in functie de Dsmasurile orientative fiind date in tabelul de mai jos

Ds mm 150170 150200 175225 200250 225300 gt250DPF mm(in) 889(3 frac12) 1016(4) 1143(4 frac12) 127(5) 1397(5 frac12) 1683(658)

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

Pentru diametrul sapei de foraj determinat icircn subcapitolul anterior Ds= 1715 mm = 634rdquo se alege diametrul nominal al prăjinii de foraj DPF =4 frac12rdquo = 1143 mm

Din STAS 8037 ndash 88 (vezi aplicatia 5 tabelul 1) se alege diametrul nominal standardizat 412rdquo E 75 cu urmatoarele caracteristici

- masa cu racorduri m1PF= 33 Kgm

- grosimea peretelui s= 1092 mm

- diametrul interior DPfi= 9246=925 mm

- aria prăjinii de foraj A= 3547 mm2

- modulul de rezistentă WP= 10583 cm3

- tipul icircngroşării EU

- gradul de rezistenta E 75

- presiunea exterioara limita pel= 894 bar= 894MPa

- presiunea interioara limita pil= 865 bar =865MPa

- forţa de tracţiune limita FtcL= 1834 kN

- momentul de torsiune limita MtLPF= 5003 kNm

- tipodimensiunea IFU a RSS NC46 (4IF)

Solicitari care duc la limita de curgere a RSS

- momentul de insurubare limita dpdv al curgerii materialului RSS

25

M i RS L=53 69 kNm

FtRSL = 4 664 kN (forţa de tracţiune limită dpdv al curgerii materialului RSS)

- momentul de insurubare recomandatM i r=27 3 kNm

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)

Se obtine

APF=π4sdot(114 32 mmminus92 462 mm)=3547 mm2

Se determina modulul de rezistenta polar al sectiunii transversale a corpului PF cu formula

W p=I p

DPF

2

(162)

unde I p este momentul geometric polar al sectiunii transversale a corpului PF

I p=π32

∙( DPF4 minusDPFi

4 )= π32

∙ DPF4 ∙[1minus( DPFi

DPF)

4] (163)

I p=π

32sdot114 34 mmsdot[1minus(925 mm

114 3 mm )4 ]=9569240 653 mm4=956 924 mm3

deci

W p=π

16sdotDPF

3 sdot[1minus( DPF i

DPF)

4]

(164)

Rezulta

W p=π

16sdot114 33sdot[1minus(92 5

114 3 )4]=167658 175 mm3

Calculul tensiunii de tractiune

σ tcl=F tcl

APF

(165)

26

σ tcl=1834 kN

3547 mm2 =1834 ∙ 103 N3547 mm2 =517056 ∙106 Pa

Aceasta tensiune arata limita de curgere minima conform tabelului cu caracteristicile

mecanice ale prajinilor de foraj pentru clasa de rezistenta E75 (vezi aplicatia 6) Limita de curgere

trebuie sa se situeze in intervalul 517hellip724 In cazul nostrum limita este 517 MPa care se

incadreaza intre valorile recomandate

-calculul tensiunii tangentiale τ=G∙θ ∙ r (166)

θ=M t

G ∙ I p

(16 7)

Unde G este modulul de elasticitate transversal al materialului din care se confectioneaza PFPentru otel G= 81010 Paθ- torsiunea specificar- raza punctului considerat din sectiunea transversala a corpului PF

θ= 5003∙ 103 Nm8 ∙ 1010 N m2 ∙ 0956∙ 10minus5m4 =653 ∙ 10minus2 1

m

τ=8 ∙1010 N

m2∙ 653 ∙ 10minus2 mminus1∙ 5785∙ 10minus2m=29855106

N

m2

Aceasta tensiune reprezinta tensiunea tangentiala de curgere

Lungimea ansamblului superior utilizat pentru forajul putului de exploatare se determina cu

expresia

LAn S=H MminusLAn PG (168) LAn S=3500 mminus162 m=3338 m

Se calculeaza numarul de PF

nPF=

LAn S

lPF (169)Considerand ca lungimea unei prajini este cea normala adica 9m se obtine

nPF=3338

9=37088

Se alege nPF=371 si se recalculeaza lungimea AnS

LAnS=371∙9m=3339 m

27

17Alegerea 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

garnitura stanga) [1]

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 masa rotativă 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 (658 REG) in timpul forajului după tubarea unei coloane de burlane prăjina

de antrenare trebuie uneori schimbată ndash diametrul cepului 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 de lucru 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 [1]

28

Fig 171 Prăjina de antrenare forjată a ndash pătrată b ndash hexagonală

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

Alegerea 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-cep

Se prefera alegerea unei prajini de antrenare forjate deoarece nu necesita reductii de legatura

proprii asa cum este cazul prajinii laminate

29

Fig172 Reducţii de legătură icircntre prăjina de antrenare (PA) şi racordul special (RS) denumite RLRS a ndash

reducţie dreaptă (pentru icircmbinări filetate cu aceleaşi dimensiuni) b ndash reducţie icircn trepte (pentru icircmbinări filetate cu

dimensiuni diferite)

Se alege o prajina de antrenare forjata patrata avand elementul de imbinare superioara de

tipul mufa cu filet stanga de tipul 658 REG pentru asamblarea cu reductie cap hidraulic(RLCH)

Pentru ansamblul superior al garniturii de foraj s-a stabilit ca se iau prajini de foraj de 4 12 in cu

racorduri speciale sudare(RSS) cu IEI si tipodimensiunea IFU NC 46

Ca urmare conform tabelului 1 aplicatia 7 se alege prajina de antrenare in varianta

constructiva 1(standard) cu dimensiunea nominala de 4 frac14 in Se foloseste o RLPA dreapta de

tipul mufa(NC46)-cep(NC46) ca in figura 172 a

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 infDPA

mm(in)DPAi mm

a mm

lPA m

mPAkg

1cep

6 58 REGmufăNC46

mufă6 58

REG

cepNC46

A (dreapta) NC46-NC46

108(4 14)

714 108 12192 800

30

18 Alegerea tipului de instalatie de foraj

Instalaţia de foraj reprezintă totalitatea maşinilor utilajelor si instalaţiilor necesare săpării unei sonde

Studiul pe sisteme al instalaţiilor de foraj corespunde principalelor operaţii care se efectuează

pentru forarea unei sonde precum si principalelor grupe de maşini si utilaje care intra in

componenta acestor instalaţii

Sistemele de lucru ale unei instalaţii de foraj sunt

1 Sistemul de manevra mdash SM- cu ajutorul căruia se realizează ridicarea si coboracircrea

sarcinilor

2 Sistemul de circulaţie - SC - care asigura circulaţia fluidului de foraj

3 Sistemul de rotire - SR - care realizează rotirea garniturii de prăjini in timpul forajului

In cazul instalaţiilor de foraj transportabile apare si sistemul de transport

Pentru asigurarea condiţiilor de funcţionare a sistemelor de lucru instalaţia de foraj mai

cuprinde sistemul de comenzi instalaţia de preparare si curăţare a fluidului de foraj dispozitive

de mecanizare si automatizare ansamblul de scule materialul tubular [1]

Alegerea instalaţiei de foraj se face pe baza sarcinii maxime utile (sarcinii maxime de lucru) FM (V APLICATIA 9)

In aplicatiile anterioare s-au determinat greutatile fiecarei coloane de burlane si anume

GCI(I)= 1413516 kN GCE= 722187kN

Rezulta ca cea mai grea CB GCBM=max GCI(I) GCE=1413516 kN

S-au ales pentru forajul putului de exploatare prajini grele cu DPG=6 in=1524 mm

DPGi=2 1316 in= 715 mm m1PG = 1115 kgm qPG=1094kNm LAnPG=135 m

Se determina greutatea AnPG

GAn PG=qPGsdotL An PG

(181)

si se obtine

GAnPG=1094kNm135m=14769kN

Greutatea unitara a PFse calculeaza folosind formula

qPF=m1 PFsdotg (182)

qPF=33kgm

sdot9 81m

s2=323 73

Nm

31

Greutatea AnS va fi

GAn S=qPFsdotLAn S (183)

GAn S=323 73Nm

sdot3 339sdot103 m=1080 934kN

Greutatea GarF se obtine insumand greutatea AnPG si greutatea AnS

GGar F=GAn PG+GAn S (184)

Se obtine

GGar F=147 69 kN+1080 934 kN=1228 624 kN

Se considera ca cea mai grea GarF este garnitura utilizata pentru forajul putului de exploatare

GGar F M=1228 624 kN

Alegerea IF se face pe baza sarcinii nominale de la carlig si a tipului de actionare

FM =max FM T FM D (185)

Sarcina maxima utila de tubare se calculeaza cu formula[1]

FM T

=GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+(1+kmf( M ) )sdot

ac

( M )

g ] (186)

in care

k r(M )estecoeficientul fortei de frecare la ridicarea coloanei de burlane intre peretele putului si

fluidul de foraj k mf(M )minusiquestcoeficientul de masa al fluidului de foraj din interiorul coloanei aderent la

coloana ac(M )- acceleratia miscarii carligului in cazul ridicarii sarcinii normale

kDij- coeficientul diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

ρ0 ndashdensitatea otelului din care sunt confectionate burlanele

ρf -densitatea fluidului de foraj

Coloana fiind considerată plină cu fluid de foraj cu aceeaşi măsură a densităţii ca şi aceea

din interiorul puţului forat coeficientul k mf(M ) se determină cu formula [1]

k m f=ρf

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1] (187)

unde DCB este diametrul nominal al CB GCBM ndash greutatea celei mai grele coloane de burlane Sfa- grosimea startului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al coloanei de burlane

32

LCB ndash lungimea CB lj ndash lungimea tronsonului de ordinul j kDij ndash coef diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

K Dij=Dibj

DCB

(188)

Pentru CI(I) de 858in vom avea

DCI(I)=858in= 2191 mmntCI(I)=6

sB jisin 10 16 10 16 8 94 10 16 10 16 11 43 mmDi B jisin 198 8 198 8 2012 198 8198 8 196 8 mm

k Di jisin 0 907 0 907 0 918 0 907 0 907 0 898 l jisin 255 325 460 520 395 705 m

LCI(I)=HCI(I)=2660m

=125tm3

sf a=0 653 mm grosimea stratului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al CB

iquestsumj=1

6

(1minusk Di j2 )sdotl j=

(1-09072)sdot255+(1minus09072 )sdot325+(1-09182 )sdot460+ (1minus09072 )sdot52 0++ (1-09072)sdot39 5+(1minus0 8982)sdot705=473 972 m

Se admite

k r(M )=02

si ac

(lt M )=1 ms2 Se obţine

Sarcina maxima utila la tubare

FM T =1413 516 kN sdot[(1minus1 25 t m3

7 85 t m3 )sdot(1+02 )+ (1+0 745 )sdot 19 81 ]=1677 556 kN

Sarcina maxima utila de degajare a celei mai grele garnituri de foraj se determina cu relatia[1]

FM D =GGar F Msdot(1minus ρ f

ρo)+FD M

FD M este forta de degajare maxima FD M =300kN

33

k m f(M )=

ρ f

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

5

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1]=

Măsura lui FDM se apreciază icircn funcţie de măsura lui HM conform tabelului 1 aplicatia 9

FM D =1228 624 kNsdot(1minus1 25 t m3

7 85 t m3)+300 kN=1332 983

kN

Conform rezultatelor de mai sus se obtineFM

=max 1677 556 1332983 kN=1677 556 kN 9 81≃171 0047 tf

Ca urmare se poate alege o IF transportabilă pe cale terestră pe subansamble (SAn) din clasa F 200 (vezi [1])

Tipul acţionării se alege icircn funcţie de posibilitatea de alimentare cu energie electrică a IF icircn

zona de amplasare de instalaţiile aflate icircn dotarea firmei de foraj şi de costul comparativ al

combustibilului şi al energiei electrice din perioada cacircnd o să lucreze instalaţia icircn situaţia icircn care

firma dispune de instalaţii cu acţionări neautonome sau autonome

Se admite că situaţia din zona de amplasament a IF impune o acţionare de tipul DH Avacircnd

icircn vedere acest lucru rezultă că se poate alege o IF de tipul

F-200-2DH (T(SAn))

19 Concluzii

Pe baza datelor luate din materialul didactic si standardele nationale cat si internationale s-a

facut un calcul teoretic de alegere al instalatiei de foraj Luand in consideratie ca mediul real poate

aduce un aport negativ asupra calculelor teoretice in rezultatele prezentate mai sus s-au luat niste

coeficienti de siguranta care sa acopere riscurile posibile totodata s-a constatat ca desi pentru

Sonda 7 Pacurari este necesara o instalatie mai mica decat cea aleasa am fost nevoit sa aleg anume

F200-2DH deoarece conditiile tehnico-economice presupun utilizarea tipului utilajului folosit deja

in industria petroliera si standardizat conform normelor STAS si API

2 PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

21 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

34

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

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 arborele 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 [1]

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 MBM 820 cu supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului DH de tipul GF-820+CHC-750-2 sunt

prezentate icircn fig 21 Se analizează dependenţele funcţionale reprezentate de aceste curbe (vezi

aplicatia 13)

35

Fig 2 1 Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului de acţionare de tipul DHformat din GF 820 şi CHC-750-2 pentru reglarea motorului diesel la sarcină plină

şi funcţionarea lui cu gradul maxim de accelerare (la care puterea maximă amotorului este puterea nominală Pn) şi funcţionarea lui cu gradul maxim deaccelerare MI MII ndash momentul dezvoltat la arborele primar (I) respectiv laarborele secundar (II) al CHC ωI ωII ndash viteza unghiulară PI PII ndash puterea

ηCHC ndash randamentul CHC

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (210)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (211)

Tabel 311 Parametrii functionali ai grupului de actionare GF-820 + CHC-750-2

36

Fig 211 Curba caracteristica exterioara a CHC este o caracteristica flexibila cresterea momentului rezistent este

preluata de CHC prin reducerea importanta a vitezei unghiulare a arborelui secundar

Din aceste grafice se deduce ca pentru ηm= 07 DEF al CHC-750-2 reprezentat prin ηCH ϵ

[0700 0847] nII ϵ [275 950] rotmin MII ϵ [14730 4000] kNm

Din datele obinute rezulta avantajele utilizarii CHC in cadrul GA de tipul DH

1 CHC lucreaza ca un variator continuu de viteza adica ωII se modifica automat si continuu odata cu variatia momentului rezistent aplicat arborelui secundar astfel se spune ca CHC isi regleaza regimul de functionare deci CHC permite o autoadaptare a GA la sarcina

2 Utilizarea CHC simplifica lantul cinematic al IF37

3 CHC protejeaza motorul Diesel impotriva suprasarcinilor si a socurilor transmise de la antorul sistemului de lucruinclusive in situatia blocarii secundarului

Fig 212 Curbele caracteristice pentru sarcina plina ale motorului MBM-820 si curba puterii in functie de sarcina plina a aceluiasi motor

22 Alegerea modului de acţionare

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

38

Instalaţiie 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[1]

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

39

Fig 221 Schema structural-functionala a unei instalatii de foraj cu mod de actionare centralizatin varianta MAC2 cu

actionare DH

S-a ales varianta MAC2 in care PN este actionata separat formand impreuna cu GA si transmisiile mecanice respective un grup motopompa (GMP) dupa cum TA este DH vezi 1[1])

23 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

1 pompe centrifuge pentru hidrocicloane2 site vibratoare 3 agitatoare4 pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de foraj5 pompe centrifuge pentru apa6 pompe centrifuge pentru chimicale7 pompe pentru reziduuri8 pompe pentru combustibil9 comanda hidraulica a prevenitoarelor10 instalaţie pentru uscarea aerului11 agregate pentru icircncălzire12 maşini-unelte13 agregat pentru sudura

40

14 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

Tabel 231 Consumatorii auxiliari de forta utilizati in cadrul IF de tipul F200-2DH si puterea lor

NrCrt

Denumirea consumatorilor Puterea motorului

kW

NrmotoarePuterea totala

kW

A Instalatia de foraj propriu-zisa

1 Site virbatoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 10 75

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa racire troliu 75 1 75

5 Pompa apa racire frina hidraulica 75 1 75

6 Pompe instalatie amestec chimicale 3 2 6

7 Pompe combustibil 3 2 6

8 Pompe ulei 15 1 15

9 Pompe de preparare a fluidului de foraj 75 2 150

10 Pompa baterie denisipare 55 1 55

11 Pompa baterie desmiluire 50 1 50

12 Instalatie degazeificare 5 1 5

13 Degazeificator 30 1 30

14 Instalatie de preparare centrifuga 20 3 60

15 Instalatie transport material pulverulent 4 1 4

16 Dispozitiv salvare garnitura 20 1 20

17 Dispozitiv strins-slabit 11 1 11

18 Dispozitiv manevra prajini grele 75 1 75

19 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

20 Pod tubaj reglabil 75 1 75

21 Instalatie comanda prevenitoare 11 1 11

41

22 Instalatie de uscare aer 15 1 15

23 Instalatie iluminat normal 18 1 18

24 Instalatie iluminat siguranta 08 1 08

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

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

PCsAF = 5928 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

24 Calculul puterii instalate

Puterea instalata a IF (Prsquo) reprezinta puterea motoarelor utilizate pentru actionarea

antoarelor principale a celor auxiliare si pentru actionarea celorlalte utilaje si instalatii folosite

pentru executarea diverselor operatii auxiliare

Prsquo = P + PCsAF (241)

P = n Pn (242)

Pn-Puterea nominala a motorului MB820 Pn= 655 kW

n-numarul de motoare folosite

P = (2+2) ∙ PnP = (2 + 2) 655kW = 2620 kW

Prsquo= 2620 kW + 5928 kW = 32128 kW

25 ConcluziiIn capitolul 2 s-au ales grupurile de actionare Alegerea s-a facut pe baza analizei

parametrilor motoarelor si caracteristicile acestora s-a evidentiat modul de utilizare al acestor

grupuri de actionare astfel incat sa fie satisfacute conditiile de tehnologicitate si economicitate

Acest lucru s-a facut pentru a obtine niste parametri de lucru cat se poate eficienti si economici

deoarece in cazul neindeplinirii uneia din conditii se pot intampla atat stagnari ale procesului

normal de foraj (uneori poate chiar si cu consecinte catastrofale) cat si pierderi financiare mari

42

3 ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ SI PREZENTAREA PARAMETRILOR SI CARACTERISTICILOR LOR

31Alegerea capului hidraulic

Fig31 Secţiune prin CH (reprezentare schematică (a) şi reprezentare constructivă (b))1 ndash corp (oală) 2 ndash bolţ 3 ndash toartă (biglu) 4 10 ndash rulment cu role cilindrice (de ghidare) 5 11 ndash garnituri de

etanşare 6 ndash rulment axial principal cu role conice 7 ndash fus 8 ndash reducţie 9 ndash rulment axial secundar cu bile 12 ndash felinar (capac) 13 ndash lulea 14 ndash piuliţă inferioară 15 ndash ţeavă de spălare 16 ndash cutie de etanşare 17 ndash etanşarea icircntre

partea superioară a ţevii de spălare şi lulea 18 ndash piuliţă superioară 19 ndash şuruburi de fixare

Capul hidraulic [1] (CH) este un utilaj care face parte din ansamblul de antrenare a GarF

El reprezinta nodul de legatura intre cele trei echipamente principale (EqPr) ale IF echipamentul

de circulatie (EqC) echipamentul de rotatie (EqR) si de manevra (EqM)

CH este suspendat in ciocul cirligului triplex cu ajutorul toartei sale La randul sau CH sustine

garnitura de foraj prin intermediul reductiei de legatura si al prajinii de antrenare De luleaua CH

se monteaza furtunul de noroi

43

Ca urmare functiunile CH sunt

1 Sustinerea GarF in timpul forajului

2 Permiterea rotatiei GarF

3 Conducerea fluidului de forajsub presiunede la FN la PA prin lulea teava de spalare

fus si RLCHin cazul circulatiei directe

Marimile fizice principale ale CH1 marimile functionale

- sarcina de lucru maxima

- turatia maxima a fusului

- presiunea maxima a fluidului de foraj

2 marimile dimensional-constructive

- diametrul interior al tevii de spalare

- tipo-dimensiulnile de legatura

3 marimile de anduranta

- sarcina limitacapacitatea in functie de rulmentul principal

- durabilitatea rulmentului principal

- durabilitatea etansarii tevii de spalare

Fig 31 Capul hidraulic (CH) montat icircn ciocul cacircrligului icircn timpul forajului

Alegerea capului hidraulic se face pe baza sarcinii maxime de lucru (FCH M

) si trebuie sa echipeze instalatia de foraj F200-2DH [1]

44

FCH M

geF M

(31)

FM =200 tf

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

(32)

Capetele hidraulice construite icircn Romacircnia sunt tipizate conform SR 5736 [66] care este

elaborat icircn concordanţă cu API Spec 8A [67] şi API Spec 8C [68]

Din tab 62 Cap 6 6 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH ndash 320 (ndash40degC) SR 5736

necesar instalaţiei de foraj alese F200

CHndash320 (ndash40degC) SR 5736 este un cap hidraulic echipat cu rulment axial-oscilant cu role

butoi cu sarcina maximă de lucru de 320tf care lucrează icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash

40degC

Conform SR 5736 acest tip de CH se caracterizează şi prin

Sarcina limită sau capacitatea maximă icircn funcţie de rulmentul principal FRLCH=147tf

pM = 35MPa nM = 300 rotmin di = 762 mm LP 4 (filetul de legătură al lulelei cu FF) 6⅝

REG LH (filetul de legătură cu RLCH)

32Alegerea ansamblului macara carlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 32 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]

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia [1]

FMC ge FCM (321)

Din tab32 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32-1250 MC -300 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii

45

Tabel 31 Caracteristicile Ansamblului Macara-Carlig

Tabelul 32 Tipurile de macarale-cacircrlig construite icircn Romacircnia şi caracteristicile lor (cf [69])

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (32)

GMC =8610t middot 981 ms2 = 84464 kN

46

UnMas F200Denumire 5-32MC-300

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300

Nr Roti manevra - 5

Diam cablului mm 32

Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140

Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in f-ie de rulmenti US tonf 347

Masa t 8610

Fig 32 Construcţia ansamblului-cacircrlig mono-bloc 1 ndash cacircrlig triplex 2 ndash bolţ 3 ndash pahar şi rulment axial 4 ndash tijă 5ndash piston 6 ndash arcuri de destindere 7 ndash piesă de legătură icircntre ansamblul cacircrligului şi macara 8 ndash axul macaralei 9 ndash role 10 ndash rulmenţii macaralei 11 ndash plăci laterale

33Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul de foraj reprezinta partea fixa a masinii macara-geamblac Se monteaza in

grupul mastului pe grinzi numite coroana geamblacului Este format dintr-un ax pe care se

monteaza un anumit numar de role (z+1) prin intermediul unor rulmenti Fiecare rola se misca

independent de celelalte (z-numarul de role de la macara) [1]

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

-geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţie romacircnească Avantajul acestui tip

constructiv este acela că este o construcţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

- 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

47

c geamblacul de foraj din două blocuri

- geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se pot roti şi interschimba asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

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

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

a geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

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

b geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

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 ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia [1]

Fig 331 Geamblac cu o roata separata

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 332

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

Alegerea geamblacului de foraj se face in functie de sarcina de lucru maxima de diametrul cablului utilizat de tipul cablului de manevra de tipul macaralei respectiv de tipul ansamblului macara-carlig

48

Pentru instalatia F200-2DH se alege unul din geamblacurile tipizate care sa indeplineasca cerintele impuse

Fig 33 2Geamblac monobloc 1 ndash suport (prin care GF se montează prin şuruburi de coroană ramă) 2ndash ax 3 ndash rolă roată 4 ndash rulment radial-axial cu role conice pe două racircnduri 5 ndash disc distanţier 6 ndash bucşă distanţieră 7 ndash ungător cu bilă (folosit pentru ungerea consistentă a rulmenţilor) (canalele de ungere sunt practicate icircn plan orizontal) 8 ndash placă de presare 9 ndash apărătoare

Pentru instalatia de foraj F 200 se va folosi un geamblac A 6 -32-1250GF-300 (-400C)(vezi [1] cap 54 tab56)adica geamblac de foraj cu 6 roţi role pe ax cu diametrul cablului de manevră de 32 mm

diametrul exterior al rolei de 1250 mm sarcina maximă de lucru 300tfşi temperatura de lucru de ndash

40degC Din tabelul 56 Cap 5 [1]se observă că acest tip de geamblac face parte din clasa

echipamentului (de manevră) 450

Tabel 33 Caracteristicile GeamblaculuiUnMas

Denumire 6-32GF-300Sarcina maxima la coroana geamblacului tf 400

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300Nr Roti manevra - 6

Diam cablului mm 32Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in functie de rulmenti US tonf 416Masa t 28

49

34Alegerea elevatorului 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

Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane de tubare (B-ElPCB) (bdquocasing slip

elevator-spiderrdquo icircn lb en) este o sculă de manevră care se foloseşte icircn timpul tubării puţurilor

atacirct pentru susţinerea coloanei de burlane (CB) ca broască cu pene aşezată pe masa rotativă

(MR) cacirct şi pentru săltarea din penele broaştei şi introducerea coloanei icircn puţ ca elevator (cu

pene) Deci aceste scule se folosesc icircn pereche icircn timpul tubării puţurilor una aşezată pe MR

susţine CB prin icircmpănare icircndeplinind funcţia de broască cu pene (vezi fig 341) iar cealaltă

care este susţinută icircn chiolbaşi avacircnd rolul de elevator (cu pene) se prinde tot prin icircmpănare pe

burlanul care s-a adăugat prin icircnşurubare la coloană saltă CB din broasca cu pene şi o susţine icircn

timpul introducerii ei icircn sondă (vezi fig 342)

Fig 342 Tragerea burlanului pe jilip cu ajutorul unui elevator de tras burlane pentru a fi icircnşurubat icircn

coloana susţinută icircn broasca cu pene

50

Fig 343 Varianta de elevator (cu pene) (cu inel ridicător) a broaştei-elevator cu pene cu două semicorpuri care este susţinută icircn ochiurile inferioare ale chiolbaşilor (11) icircn timpul introducerii coloanei de burlane (12) icircn puţul care se tubează 1 ndash corp carcasă 2 ndash umăr 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă de siguranţă 5 ndash corp de pană 6 ndash bacuri 7 ndash pacirclnie de ghidare 8 ndash cadru ridicător 9 ndash icircmpingătoare 10 ndash mecanism cu pacircrghii de ridicare

Din punct de vedere funcţional se deosebesc tipurile bull broască cu pene (BP) bull elevator cu pene (ElP)

Fig344 Broasca-elevator cu pene

51

In figura 344 este reprezentata Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane (broasca cu pene icircn partea de sus stanga elevatorul cu pene icircn partea dreapta şi vedere de sus a elevatorului cu pene icircn partea de jos) 1ndash corp 2ndash umăr braţ superior 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă (siguranţă pentru chiolbaşi) 5 ndash poartă uşă 6 ndash pene 7 ndash bacuri 8 ndash placă de sprijin (pe masa rotativă) 9 ndash guler de protecţie şi ghidare 10 ndash pacirclnie de ghidare HB ndash icircnălţimea broaştei cu pene HE ndash icircnălţimea elevatorului cu pene l ndash lăţimea broaştei-elevator

Alegerea elevatorului cu pene se face din conditiile urmatoare

FPgtFCBM

(341)

unde

FPleFBminusEl PCB

(342)

Studiind oferta companiei STEROM SA Cacircmpina conform ([1] cap 8 tab88) se alege un elevator cu pene de tipul

B-ElPCB 4frac12 ndash 13⅜ in x 350 ts (9⅝ x 275 ts x 8⅝) (ndash 45ordmC)

icircnseamnă broască-elevator destinată utilizării pentru burlane cu diametrul nominal cuprins

icircntre 4frac12 in şi 13⅜ in (inclusiv) cu sarcina nominală (sarcina maximă de lucru) de 350 ts (320tf)

echipată cu pene set de pene de 958 in cu sarcina nominală (maximă de lucru) de 275 ts (250 tf)

icircn care sunt montate bacuri de 858 in adică această broască-elevator este echipată pentru susţinerea

unei CB de 858 care determină icircn timpul manevrei ei o sarcină maximă la cacircrlig de cel mult 275ts

(250 tf) Ea este executată să lucreze icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash 45 ordmC

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

21t∙981ms2 =20601kN

35 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatorul pentru prăjini de foraj (ElPF) (bdquodrill pipe elevatorrdquo icircn lb en) este o sculă de

manevră care se foloseşte pentru susţinerea garniturii de foraj (GarF) icircn timpul extragerii şi

introducerii ei icircn sondă El prinde sub mufa PF şi este agăţat prin umerii săi icircn ochiurile

inferioare ale chiolbaşilor

ElPF se compune din

52

ndash două corpuri articulate care se icircnchid pe PF prevăzute cu cacircte un umăr cu care se suspendă icircn

ochiurile inferioare (mici) ale chiolbaşilor

ndash icircnchizatorul celor două corpuri

ndash eclise cu bolţuri prinse icircn umeri pentru asigurarea contra ieşirii chiolbaşilor

Elevatoarele se deosebesc prin forma lor modul de icircnchidere a celor două corpuri şi forma

suprafeţei de rezemare a prăjinilor

Din punctul de vedere al icircnchiderii se diferenţiază

ndash ElPF cu icircnchidere centrală (ElPFIcircC)

ndash ElPF cu icircnchidere laterală (ElPFIcircL)

După forma suprafeţei de sprijin al PF se disting

ndash ElPF cu scaun drept (ELPFSD) deci cu suprafaţă de rezemare dreaptă folosite pentru

manevrarea prăjinilor de foraj cu racorduri speciale sudate cu umăr drept (RSSUD) sau cu

racorduri icircnfiletate [1]

Fig 351 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun conic

ndash ElPF cu scaun conic (ElPFSC) care dispun de o suprafaţă de rezemare interioară tronconică cu unghiul de icircnchidere standardizat de 18deg ca şi mufele racordurilor speciale sudate cu umăr conic (RSSUC)

53

Fig 352 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun dreptElevatoarele sunt tipizate prescripţiile generale fiind prevăzute de API Spec 8A [85] şi

Spec 8C [86] Icircn fig 88 este reprezentat un ElPF cu scaun conic iar icircn fig 89 un ElPF cu scaun

drept

In figura 34 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic

Fig 34 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Alegerea elevatorului pentru prajini se face in functie de tipul prajinilor de foraj

1 Daca prajinile sunt cu recorduri speciale infiletate atunci cu scaun drept

2 Daca prajinile sunt cu racorduri speciale sudate atunci cu scaun conic

La alegerea elevatorului trebuie indeplinita conditia

FElgtFGar FMn

(sarcina normala utila de la carlig) (351)

icircn care FGar FM

este sarcina maximă care apare icircn timpul manevrării garniturii pacircnă la adacircncimea

maximă de foraj a puţului respectiv

54

Pentru că prăjinile de foraj sunt cu RSSUC si FGar FM

=122863kN conform tabelului 85

[1] cap 8 se alege un elevator cu scaun conic cu urmatoarea nominalizare

Elevator cu scaun conic 4frac12 x 1214 x 250 adica

elevator cu scaun conic cu dimensiunea nominală de 4frac12 ( pentru prăjini de foraj cu

RSSUC cu diametrul nominal de 4frac12 DPF = 4frac12) cu diametrul interior de 1214 mm (ceea ce

icircnseamnă că se utilizează pentru prăjini cu capetele fie cu II fie cu IEI (conform tabelului 85 cap

8) şi cu sarcina maximă de lucru de 250 tf cu masa mEl=1828kg conform NR 05-1018R STEROM

SA

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

ELpF= mEl middot g (253)

GEl = 1828 kg middot 981 ms2 = 18 kN

36Alegerea chiolbasilor

Chiolbaşii (Ch) (bdquothe drilling linksrdquo bdquoelevator linksrdquo icircn lb en) denumiţi şi bdquobraţele de

elevatorrdquo sunt scule de foraj care fac legătura icircntre cacircrlig şi elevator fiind utilizaţi icircn timpul

manevrei garniturii de foraj (GarF) şi coloanelor de burlane (CB)

Ei se agaţă cu ochiurile superioare de umerii cacircrligului şi susţin cu ochiurile lor inferioare

elevatorul prin umerii acestuia (vezi fig 361) Astfel sarcina datorată GarF sau CB este

preluată prin intermediul elevatorului de către Ch care o transmit cacircrligului [1]

55

Fig 361 Ansamblul format din macara-cacircrlig chiolbaşi şi elevator icircncare este susţinută garnitura de foraj icircn timpul manevrei acesteia

Din punct de vedere al sarcinii de lucru exista 3 tipuri de chiolbasi

1 Usor (sarcini mici)

2 Mediu (sarcini medii)

3 Greu (sarcini mari)

Tipul usor are forma de za alungita iar cel mediu si greu ndash de bara prevazuta la ambele capete cu

ochiuri

Chiolbasii se executa prin forjare in matrita dintr-o singura bucata de otel slab aliat de

constructii pentru a se asigura o rezistenta mare atat prin fibrajul obtinut prin procedeul tehnologic

respective cat si prin compozitie si prin TT folosit

Fig 362 Diferite tipuri de chiolbaşi

Alegerea chiolbasilor se face in functie de sarcina de lucru si de lungimea nominala

Fig 363 Tipurile de chiolbaşi şi dimensiunile lor principale a ndash chiolbaş de tipul uşor b ndash chiolbaş de tipul mediu c ndash chiolbaş de tipul greu C2 ndash raza de curbură interioară a ochiului superior G1 ndash raza de curbură interioară a ochiului

56

inferior D2 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului superior cu umărul cacircrligului H1 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului inferior cu umărul elevatorului d d1 ndash diametrul barei L ndash lungimea de lucru (dintre

punctele de sprijin pe umărul cacircrligului şi pe umărul elevatorului)

Conform normelor prevazute pentru F200-2DH se aleg chiolbasi de tip greu serie Chiolbaşi 69 x 2100 x 320

Gama de sarcini Fch = 320 tf perDimensiuni principale- d1 = 85 mm- C2 = 108 mm

- G1 =70 mm- D2 = 34 mm - H1 = 345 mm- Lungimea totala Lch = 2100 mm- Masa netă informativă mch = 247 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (36)

GCh = 247 kg middot 981 ms2 = 243 kN

37Alegerea cablului de manevra

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

1 la manevră cablul de manevră sau de foraj

2 la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcărit

3 la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancoră

4 pentru rabaterea turlei cablul de praştie

5 la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electrici

Cablurile 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

57

1 de acelaşi diametru 5 la fire2 de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 371)

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

Fig 371 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

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

1 organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)

2 metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)

3 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 ]

58

Fig 372 Cablarea a ndash icircnfăşurarea spre dreapta b ndash icircnfăşurarea spre stacircngac ndash cablarea icircn cruce stacircnga (ZS) d ndash cablarea icircn cruce dreapta (SZ)e ndash cablarea paralelă dreapta (ZZ) f ndash cablarea paralelă stacircnga (SS)

Alegerea cablului se face pe baza sarcinii sale reale minime de rupere (Srm) astfel icircncacirct să fie satisfăcută condiţia de rezistenţă (vezi [1])

Srm gecM middot FM (37)

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

CM - coeficientul de siguranţă pentru operatiile de tubare si instrumentatie care se accepta egal cu

valoarea 2 conform API Spec9B iar FM ste forta maxima din RA a infasurarii cablului Ea se

determina cu expresia[1]

(372)

in care FM este forta totala care actioneaza asupra ramurilor din cablu z ndash nr de role de la macaraηMminusG - randamentul masinii macara-geamblac la ridicareRandamentul masinii macara-geamblac la ridicare se obtine cu relatia (cf[1])

ηMminusG=β2 ∙Zminus1

2 ∙ Z ∙ β2 ∙Z ∙ ( βminus1 ) (373)

unde β este inversul randamentului unei role

β= 1ηRo

(374)

pentru care se admite valoarea β =104 conform API iar ηRo =096 (API) randament role

59

FM=FM

2sdotzsdotηM minusG

Conform tipului de ansamblu MC ales z =5 Atunci rezultă

ηMminusG =

1 04225minus12sdot5sdot1 042sdot5 (1 04minus1 )

=0 811

Forţa F M se calculează cu expresia (conform [1])

FM =F M +GoTsdot(1+

ac(M )

g )

(375)

unde FM

este sarcina maxima utila la carlig GoT - greutatea moarta la tubare g- acceleratia

gravitationala g= 981 ms2 ac(M )

- acceleratia miscarii carligului are valori cuprinse in domeniul

[0515]∙ ms2

Greutatea moartă la tubare se determină ţinacircnd cont de greutatea elementelor ansamblului

MC a chiolbaşilor (Ch) a elevatorului cu pene (ElP) şi a ramurilor de cablu dintre macara şi

geamblac

GoT =

GMC+G ch+GEl P+GCM

(376)

Deoarece la acest moment nu se cunoaşte tipodimensiunea cablului şi ca urmare masa sa unitară se face aproximaţia

GoT iquestGMC+G ch+GEl P (377)

rezulta

GOT=8446 kN+243kN+20601 kN=1075 kN

Ştiind tipul IF se determină

FM

=200tf= 200∙981 =1962kNSe accepta

ac(M )=1 m s2

si se obtine

FM =1962 kN+107 5 kNsdot(1+ 19 81 )=2080 46 kN

60

Se calculeaza

F =

2080 46 kN2sdot5sdot0 811

=256 531 kN

Se determină sarcina reală minimă de rupere necesară a cablului cu formula

Srmnec gecM middot FM (378)

c M=2 ( conform API) si rezulta

Srmnec =2∙256531kN=513062kN

Se alege un cablu Seale cu o măsură a lui Srm astfel icircncacirct să fie icircndeplinită condiţia următoare

Sr mgtSr m nec

(379)

Ca urmare din [1] tabelul 52 se constată că se poate alege

Cablu Seale 6x19-32-1570 SZ STAS1689-80

caracterizat prin

nT=6 nr toroane

n f=19=1+9+9 nr fire din fiecare torondc=32 mm diametrul nominalRm=1570 MPa rezistenta minima de rupere a sarmelorSr m=531 32 kN sarcina reala minima de rupered0=3 mm diametrul sarmelor centraled1=1 45 mm diametrul sarmelor intermediared2=26 mm diametrul sarmelor exterioarem1 C=3 89 kg m masa unitara

Tipul cablării cruce dreapta (SZ) adică sensul de icircnfăşurare a firelor icircn toron este spre stanga(S) iar sensul de icircnfăşurare a toroanelor icircn cablu este spre dreapta (Z)Sr m=531 32gtSr nec=513 062 kN

Deci conditiaSr mgtSr nec este satisfacuta

Se reia calculul pentru verificare

61

Trebuie sa recalculam FM tinand cont si de greutatea cablului GCM

GCM =2sdotzsdotlr CM(M ) sdotqc (3710)

qc - greutatea unitara a cabluluiqc =m1 Csdotg (3711)

qc =3 89 kg msdot9 81 m s2=38 161 N mlr CM(M ) =(15 m+lp )+sminuslb (3712)

lr CM(M )

=(15 m+27 m)+65 mminus9 m=26 m

in care s=65m ndash spatiu de siguranta lb=9m lungimea unui burlanlp=27m lungimea pasului

GCM=2sdot5sdot26 msdot38 161 N m=9 922 kN

GoT=107 5 kN+9 922kN=117 422kN

Pentru IF F200-2DH vom avea

F =

2091 413 kN2sdot5sdot0 811

=257 88 kN

c M=Sr m

F c M=531 32kN

257 88 kN=2 06gtc=2

Tabelul 375 Parametrii caracteristici ai cablurilor Seale 6 x 19 conform STAS 1689-80

38 Alegerea troliului de foraj

62

FN=200sdot9 81kN+117 442kN (1+ 19 81

)=2091 413kN

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

121) 133)

Alegerea PG inseamna determinarea masurilor urmatoarelor marimi

1 diametrul nominal (DPG)2 diametrul interior (DPGi)3 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 avand 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 cat mai mare a diametrului nominal

2 asigurarea unui spatiu inelar (SI) intre peretele putului si PG cu omasura cat mai mare

pentru ca pierderea de presiune (ΔpSIPG) rezultata la curgerea fiuidului de foraj sa fie cat

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 implicand o masura cat mai mica a diametrului nominal

Pe baza unor cercetari experimentale (cf [2]) efectuate in conditii de santier privind viteza medie

de avansare a sapei (vAv) si timpul de prindere in teren a GarF pentru fiecare sonda (tPrSd) in

functie de raportul D2PG D2

S s-a constatat ca exista un domeniu optim de valori pentru acest

raport

D2PG D2

S =[06 07]

Fig 142Viteza 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 foraj

16

Icircn funcţie de valoarea raportului DPGDS se clasifică (cf [6]) PG şi tipurile de formaţiuni icircn care

se recomandă să se foreze (vezi tabelul 142)

Tabelul 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

Pentru alegerea PGC se recomanda relatia empirica[6]

DPG=DS-25 (142)Pentru forajul putului de exploatare al Sondei 7 se considera ca nu exista pericol de

prindere in formatiunea geologica traversata prin foraj pana la adancimea finala

Avand in vedere tipul de formatiune precizat mai sus conform tabelului 2 se alege PG

supradimensionata cu DPG DS= 089

DPG= 1715mm ndash 25mm =1465mm

Din tabelul 143 conform [6] se alege DPG= 146mm Din tabelul 1 (vezi aplicatia 4) se

alege măsura standardizată a diametrului nominal cea mai apropiată de măsurile rezultate anterior

adică DPG = 1524 mm pentru care exista DPGi isin572 715]mm cu m1PGisin 1234 1115 kgm

Rezultă DPGDS = 08886 089cong

ceea ce este icircn acord cu tipul de PG supradimensionată recomandată pentru formaţiunile

fără pericol de prindere

Se calculeaza greutatea unitara

qPG=m1PG ∙ g (143)

unde

DPGi este diametrul interior prajini grele

- pentru DPGi= 572 mm

q=1234kgm

∙ 981ms=1210554

Nm

=1211kN m

unde g este acceleratia de cadere libera g=981 ms2

- pentru DPGi= 715 mm

q=1115kgm

∙ 981m

s2=1093815

Nm

=1094 kN m

17

Se calculeaza coeficientul pierderii de presiune din interiorul PG cu formula

α PGi=

8π 2

sdotλPG i

DPG i5

in care

(144)

λPGi reprezinta coeficientul de rezistenta hidraulica liniara si are o valoare constanta si anume (conform [1])

λPGi=002

- pentru DPGi= 572 mm

α PGi=

8π 2

sdot 0 02

(5 72sdot10minus2 )5 m5= 8

π2sdot2sdot10minus2sdot1010

5 725 m5= 8

π2sdot20000sdot104

5 725 m5=26475sdot104 mminus5

- pentru DPGi= 715 mm

α PGi=

8π 2

sdot 0 02

(7 15sdot10minus2)5 m5= 8

π2sdot2sdot10minus2sdot1010

7 155 m5= 8

π 2sdot20000sdot104

7 155 m5=0 8675sdot104 mminus5

Daca se alege masura mai mica a diametrului interior atunci lungimea AnAd va fi mai mica

dar fara sa se evite fenomenul de flambaj deoarece aceasta lungime este mai mare decat 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 alege PG cuDPG= 6 in= 1524 mm DPgi = 2 1316 in= 715 mm IFU de tipulNC 44 m1PG = 1115 kgm

Mir=244kNm (momentul de insurubare recomandat) i=W M

( lC)

W C(1905 )=284

Se observa ca i=284gtiopt= 25 ceea ce inseamna ca imbinarea filetata cu umar a PG asigura o rezistenta mare la oboseala in sectiunile sale critice (Vezi [1])

14Verificarea la flambaj a ansamblului de prajini grele

141 Determinarea lungimii ansamblului de adancime

Pe baza datelor obtinute anterior se calculeaza lungimea ansamblului de PG (LAnAd) cu formula (vezi [1])

18

LAn Ad=FS

c L ∙qPG ∙(1minusρf

ρo)∙ (cosθminusμa sinθ)

(151)undeFS este forta de apasare pe sapa ρ f -densitatea fluidului de foraj(150tm3) ρ odensitatea otelului(785tm3) LAnPG este lungimea ansamblului de prăjini grele in m

qPG ndash greutatea unitara a PG CL ndash coeficientul lungime Fs ndash forta de apasare pe sapa Ө - unghiul mediu de deviere al sondei fata de vertical g ndash acceleraţia gravitaţională in ms Densitatea fluidului de foraj se poate aprecia cu expresia empirică(cf [8])

ρ f=125+025∙ ln (H ∙10minus3) (152)

ρ f=[125+025∙ ln (35 ∙ 103 ∙10minus3 ) ] t

m3=1563 t m3

Din conditiile tehnologice se alege ρf =15 tm3 (vezi Ap 1)Se calculeaza greutatea unitara a PG

qPG=m1 PGsdotg (153)

qPG=1115kgm

∙981m

s2=109382

Nmcong 1094

kNm

Se calculează forţa de apăsare pe sapă (cf [8])

FS=(03+7 5sdot10minus5sdotH )sdotDS

(154)

FS=(03+75 ∙ 10minus5 ∙35 ∙103)∙ 1715 kN= 9647 kN

Se calculeaza lungimea ansamblului de PG cu expresia (151)

LAn PG=9647 kN

0 85sdot1 094 kN msdot(1minus 157 85 )sdot(cos 30minus03sdotsin 30)

=130 475 m

Өiquest30

Se determina numarul de PG cu relatia

nPG=L An PG

lPG (155)

Unde lPG reprezinta lungimea unei prajini grele Daca se admite pentru lPG

19

masura normala care este egala cu 9m atunci se obtine

nPG=130 475m9 m

=14 49≃15

Se alege nPG=15 si se recalculeaza LAnPG

LAn PG=15sdot9m=135 mSe recalculeaza coeficientul de lungime al AnPG

c L=96 47 kN

135 msdot1 094kNm

sdot(1minus 157 85 )sdot(cos 30minus03sdotsin 30)

=0 821

si se constata ca valoarea lui se gaseste in domeniul recomandat adica [070 085]

142 Verificarea la flambaj a AnPG (vezi [3] aplicatia5)

Lungimea supusa la compresiune a AnPG este c LsdotLAn PG=0 821sdot135=110 835 m (156)

Se calculeaza lungimea critica de flambaj a AnPG(vezi [1])

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 PGExpresia de sub radical adică

(158)

se numeşte (conform lui N Pacircrvulescu) volum de rigiditate la gravitatie deoarece are dimensiunea unui volum si exprima un caracter de rigiditate al PG

Momentul geometric axial se calculeaza cu formula

I PG= π64

sdot( DPG4 minusDPG i

4 ) (159)

I PG= π64

sdot(15 244minus7 154) cm4=2520 375 cm4≃2 5203sdot10minus5 m4

20

Greutatea unitara aparenta a PG se determina cu formula

qa PG=qPGsdot(1minusρf

ρo) (1510)

Se obtine

qa PG=1 094kNm

sdot(1minus 157 85 )=0 885

kNm

Măsura volumului de rigiditate la gravitaţie al PG este

V PG=21∙ 1011 N

m2∙ 2520375 ∙10minus5 m4

0885∙ 103 Nm

=5981∙ 103 m3

Rezultă imediat măsura lungimii critice de flambaj a AnPG

LAn PG cr=17∙3radic5981∙103 m3=3085 mcong 31 m

Comparand aceasta masura a lungimii critice de flambaj a AnPG cu aceea a lungimii

portiunii din AnPG supuse la compresiune se constata

c LsdotLAn PG=110 835 mgtLAn PG cr=31 m

Ceea ce inseamna ca AnPG flambeaza sub actiunea fortei de apasare pe sapa Avand 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 corector-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 prajinile grele al doilea

al treilea si respectiv al patrulea stabilizator (vezi cap 1fig124 f)

21

Fig 143 Alcătuirea ansamblului de adacircncime al garniturii de foraj

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

Alegerea prajinilor de foraj (vezi Apl 6)Prăjinile de foraj (PF) sunt fabricate din ţevi de oţel laminate la cald icircngroşate la capete Se execută următoarele tipuri de PF [6] ndash PF cu racorduri speciale sudate (prin presiune de contact) (PFRSS) ndash PF cu racorduri speciale filetate (PFRSF)

PFRSS se realizează icircn conformitate cu STAS 80371-80 (bdquoPrăjini de foraj pentru racorduri sudate Clasele de rezistenţă D E şi G-105 Dimensiunirdquo) şi conform normei API 5A ndash pentru PF din clasele de rezistenţă D şi E ndash şi normei API 5AX ndash pentru PF din clasele de rezistenţă X-95 G-105 şi S-135 După forma icircngroşării capetelor PFRSS se execută icircn trei variante (vezi fig 161)

ndash PF cu capete icircngroşate la interior (II) (sau IU ndash Internal Upset conform API) ndash PF cu capete icircngroşate la exterior (IE) (sau EU ndash External Upset conform API) ndash PF cu capete icircngroşate la exterior şi la interior (IEI) (sau IEU ndash Internal- External Upset conform API)

22

Fig 161 Prăjini de foraj cu racorduri speciale sudate (PFRSS) [1] a ndash varianta II (cu capetele icircngroşate la interior) respectiv IU (Internal Upset) conform API b ndash varianta IE (cu capetele icircngroşate la exterior) respectiv EU (External Upset) conform API c ndash varianta IEI (cu capetele icircngroşate la exterior şi la interior) respectiv IEU (Internal-External Upset) conform API

Alte tipuri de PF sunt ndash PF cu perete gros ( Thick Wall Drill-Pipe icircn lb en) ndash PF cu grosimea de perete variabilă ndash PF cu racorduri speciale sudate cu canale elicoidale şi cu perete gros

Racordurile speciale pentru sudare (RSS) de la PF cu II IE şi IEI au tipodimensiunile şi

condiţiile tehnice reglementate icircn STAS 75701-80 (bdquoRacorduri speciale pentru sudare prin contact

la prăjini de foraj din clasele de rezistenţă D şi Erdquo) icircn norma API Spec 7 şi de asemenea icircn

normele interne ale firmelor constructoare RSS se execută icircn două variante constructive (fig

162)

ndash varianta A RSS cu scaun conic

ndash varianta B RSS cu scaun drept

23

Fig 162 Racorduri speciale pentru sudare (RSS) la prăjini de foraj [2] varianta A (cu scaun conic) varianta B (cu scaun drept)

Normele API Spec 7 prevăd RS şi pentru PF confecţionate din oţeluri din clasele de rezistenţă

superioare X-95 G-105 şi S-135

RSS sunt prevăzute cu icircmbinări filetate cu umăr (IcircFU) standardizate icircn STAS 8351-80

Alegerea prăjinilor de foraj

A alege prăjinile de foraj (PF) icircnseamnă a stabili ndash tipul PF

ndash diametrul nominal (DPF) şi grosimea de perete (sPF)

ndash clasa (gradul) de rezistenţă ndash clasa de uzură

ndash intervalul de măsuri ale lungimii

Criteriile pe baza cărora se face alegerea PF sunt următoarele

1) rezistenţă maximă la solicitările statice şi variabile care se asigură prin alegerea

corespunzătoare a tipului de PF a clasei de rezistenţă şi a celei de uzură a PF a intervalului de

măsuri ale lungimii PF şi a unei măsuri a grosimii de perete cacirct mai mari

2) rezistenţă maximă la acţiunea mediului coroziv care impune alegerea corespunzătoare a oţelului

şi dacă este cazul alegerea PF cu acoperiri speciale anticorozive şi de asemenea a unei măsuri a

grosimii de perete cacirct mai mari

3) energie minimă consumată icircn timpul forajului care icircnseamnă

a) energie mecanică de rotaţie minimă care se asigură prin alegerea unor măsuri ale

diametrului nominal şi grosimii de perete cacirct mai mici 24

b) energie hidraulică minimă (consumată prin circulaţia fluidului de foraj)ceea ce

presupune o pierdere de presiune minimă la curgerea fluidului de foraj prin interiorul PF care

determină alegerea unei măsuri cacirct mai mici a grosimii de perete

4) energie minimă consumată icircn timpul manevrei GarF ceea ce presupune alegerea PF cu măsura

minimă a masei unitare

Diametrul nominal al PF reprezinta diametrul exterior al corpului PF DPF=DPFe (161)

Diametrul nominal al PF se determina in functie de Dsmasurile orientative fiind date in tabelul de mai jos

Ds mm 150170 150200 175225 200250 225300 gt250DPF mm(in) 889(3 frac12) 1016(4) 1143(4 frac12) 127(5) 1397(5 frac12) 1683(658)

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

Pentru diametrul sapei de foraj determinat icircn subcapitolul anterior Ds= 1715 mm = 634rdquo se alege diametrul nominal al prăjinii de foraj DPF =4 frac12rdquo = 1143 mm

Din STAS 8037 ndash 88 (vezi aplicatia 5 tabelul 1) se alege diametrul nominal standardizat 412rdquo E 75 cu urmatoarele caracteristici

- masa cu racorduri m1PF= 33 Kgm

- grosimea peretelui s= 1092 mm

- diametrul interior DPfi= 9246=925 mm

- aria prăjinii de foraj A= 3547 mm2

- modulul de rezistentă WP= 10583 cm3

- tipul icircngroşării EU

- gradul de rezistenta E 75

- presiunea exterioara limita pel= 894 bar= 894MPa

- presiunea interioara limita pil= 865 bar =865MPa

- forţa de tracţiune limita FtcL= 1834 kN

- momentul de torsiune limita MtLPF= 5003 kNm

- tipodimensiunea IFU a RSS NC46 (4IF)

Solicitari care duc la limita de curgere a RSS

- momentul de insurubare limita dpdv al curgerii materialului RSS

25

M i RS L=53 69 kNm

FtRSL = 4 664 kN (forţa de tracţiune limită dpdv al curgerii materialului RSS)

- momentul de insurubare recomandatM i r=27 3 kNm

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)

Se obtine

APF=π4sdot(114 32 mmminus92 462 mm)=3547 mm2

Se determina modulul de rezistenta polar al sectiunii transversale a corpului PF cu formula

W p=I p

DPF

2

(162)

unde I p este momentul geometric polar al sectiunii transversale a corpului PF

I p=π32

∙( DPF4 minusDPFi

4 )= π32

∙ DPF4 ∙[1minus( DPFi

DPF)

4] (163)

I p=π

32sdot114 34 mmsdot[1minus(925 mm

114 3 mm )4 ]=9569240 653 mm4=956 924 mm3

deci

W p=π

16sdotDPF

3 sdot[1minus( DPF i

DPF)

4]

(164)

Rezulta

W p=π

16sdot114 33sdot[1minus(92 5

114 3 )4]=167658 175 mm3

Calculul tensiunii de tractiune

σ tcl=F tcl

APF

(165)

26

σ tcl=1834 kN

3547 mm2 =1834 ∙ 103 N3547 mm2 =517056 ∙106 Pa

Aceasta tensiune arata limita de curgere minima conform tabelului cu caracteristicile

mecanice ale prajinilor de foraj pentru clasa de rezistenta E75 (vezi aplicatia 6) Limita de curgere

trebuie sa se situeze in intervalul 517hellip724 In cazul nostrum limita este 517 MPa care se

incadreaza intre valorile recomandate

-calculul tensiunii tangentiale τ=G∙θ ∙ r (166)

θ=M t

G ∙ I p

(16 7)

Unde G este modulul de elasticitate transversal al materialului din care se confectioneaza PFPentru otel G= 81010 Paθ- torsiunea specificar- raza punctului considerat din sectiunea transversala a corpului PF

θ= 5003∙ 103 Nm8 ∙ 1010 N m2 ∙ 0956∙ 10minus5m4 =653 ∙ 10minus2 1

m

τ=8 ∙1010 N

m2∙ 653 ∙ 10minus2 mminus1∙ 5785∙ 10minus2m=29855106

N

m2

Aceasta tensiune reprezinta tensiunea tangentiala de curgere

Lungimea ansamblului superior utilizat pentru forajul putului de exploatare se determina cu

expresia

LAn S=H MminusLAn PG (168) LAn S=3500 mminus162 m=3338 m

Se calculeaza numarul de PF

nPF=

LAn S

lPF (169)Considerand ca lungimea unei prajini este cea normala adica 9m se obtine

nPF=3338

9=37088

Se alege nPF=371 si se recalculeaza lungimea AnS

LAnS=371∙9m=3339 m

27

17Alegerea 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

garnitura stanga) [1]

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 masa rotativă 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 (658 REG) in timpul forajului după tubarea unei coloane de burlane prăjina

de antrenare trebuie uneori schimbată ndash diametrul cepului 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 de lucru 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 [1]

28

Fig 171 Prăjina de antrenare forjată a ndash pătrată b ndash hexagonală

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

Alegerea 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-cep

Se prefera alegerea unei prajini de antrenare forjate deoarece nu necesita reductii de legatura

proprii asa cum este cazul prajinii laminate

29

Fig172 Reducţii de legătură icircntre prăjina de antrenare (PA) şi racordul special (RS) denumite RLRS a ndash

reducţie dreaptă (pentru icircmbinări filetate cu aceleaşi dimensiuni) b ndash reducţie icircn trepte (pentru icircmbinări filetate cu

dimensiuni diferite)

Se alege o prajina de antrenare forjata patrata avand elementul de imbinare superioara de

tipul mufa cu filet stanga de tipul 658 REG pentru asamblarea cu reductie cap hidraulic(RLCH)

Pentru ansamblul superior al garniturii de foraj s-a stabilit ca se iau prajini de foraj de 4 12 in cu

racorduri speciale sudare(RSS) cu IEI si tipodimensiunea IFU NC 46

Ca urmare conform tabelului 1 aplicatia 7 se alege prajina de antrenare in varianta

constructiva 1(standard) cu dimensiunea nominala de 4 frac14 in Se foloseste o RLPA dreapta de

tipul mufa(NC46)-cep(NC46) ca in figura 172 a

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 infDPA

mm(in)DPAi mm

a mm

lPA m

mPAkg

1cep

6 58 REGmufăNC46

mufă6 58

REG

cepNC46

A (dreapta) NC46-NC46

108(4 14)

714 108 12192 800

30

18 Alegerea tipului de instalatie de foraj

Instalaţia de foraj reprezintă totalitatea maşinilor utilajelor si instalaţiilor necesare săpării unei sonde

Studiul pe sisteme al instalaţiilor de foraj corespunde principalelor operaţii care se efectuează

pentru forarea unei sonde precum si principalelor grupe de maşini si utilaje care intra in

componenta acestor instalaţii

Sistemele de lucru ale unei instalaţii de foraj sunt

1 Sistemul de manevra mdash SM- cu ajutorul căruia se realizează ridicarea si coboracircrea

sarcinilor

2 Sistemul de circulaţie - SC - care asigura circulaţia fluidului de foraj

3 Sistemul de rotire - SR - care realizează rotirea garniturii de prăjini in timpul forajului

In cazul instalaţiilor de foraj transportabile apare si sistemul de transport

Pentru asigurarea condiţiilor de funcţionare a sistemelor de lucru instalaţia de foraj mai

cuprinde sistemul de comenzi instalaţia de preparare si curăţare a fluidului de foraj dispozitive

de mecanizare si automatizare ansamblul de scule materialul tubular [1]

Alegerea instalaţiei de foraj se face pe baza sarcinii maxime utile (sarcinii maxime de lucru) FM (V APLICATIA 9)

In aplicatiile anterioare s-au determinat greutatile fiecarei coloane de burlane si anume

GCI(I)= 1413516 kN GCE= 722187kN

Rezulta ca cea mai grea CB GCBM=max GCI(I) GCE=1413516 kN

S-au ales pentru forajul putului de exploatare prajini grele cu DPG=6 in=1524 mm

DPGi=2 1316 in= 715 mm m1PG = 1115 kgm qPG=1094kNm LAnPG=135 m

Se determina greutatea AnPG

GAn PG=qPGsdotL An PG

(181)

si se obtine

GAnPG=1094kNm135m=14769kN

Greutatea unitara a PFse calculeaza folosind formula

qPF=m1 PFsdotg (182)

qPF=33kgm

sdot9 81m

s2=323 73

Nm

31

Greutatea AnS va fi

GAn S=qPFsdotLAn S (183)

GAn S=323 73Nm

sdot3 339sdot103 m=1080 934kN

Greutatea GarF se obtine insumand greutatea AnPG si greutatea AnS

GGar F=GAn PG+GAn S (184)

Se obtine

GGar F=147 69 kN+1080 934 kN=1228 624 kN

Se considera ca cea mai grea GarF este garnitura utilizata pentru forajul putului de exploatare

GGar F M=1228 624 kN

Alegerea IF se face pe baza sarcinii nominale de la carlig si a tipului de actionare

FM =max FM T FM D (185)

Sarcina maxima utila de tubare se calculeaza cu formula[1]

FM T

=GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+(1+kmf( M ) )sdot

ac

( M )

g ] (186)

in care

k r(M )estecoeficientul fortei de frecare la ridicarea coloanei de burlane intre peretele putului si

fluidul de foraj k mf(M )minusiquestcoeficientul de masa al fluidului de foraj din interiorul coloanei aderent la

coloana ac(M )- acceleratia miscarii carligului in cazul ridicarii sarcinii normale

kDij- coeficientul diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

ρ0 ndashdensitatea otelului din care sunt confectionate burlanele

ρf -densitatea fluidului de foraj

Coloana fiind considerată plină cu fluid de foraj cu aceeaşi măsură a densităţii ca şi aceea

din interiorul puţului forat coeficientul k mf(M ) se determină cu formula [1]

k m f=ρf

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1] (187)

unde DCB este diametrul nominal al CB GCBM ndash greutatea celei mai grele coloane de burlane Sfa- grosimea startului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al coloanei de burlane

32

LCB ndash lungimea CB lj ndash lungimea tronsonului de ordinul j kDij ndash coef diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

K Dij=Dibj

DCB

(188)

Pentru CI(I) de 858in vom avea

DCI(I)=858in= 2191 mmntCI(I)=6

sB jisin 10 16 10 16 8 94 10 16 10 16 11 43 mmDi B jisin 198 8 198 8 2012 198 8198 8 196 8 mm

k Di jisin 0 907 0 907 0 918 0 907 0 907 0 898 l jisin 255 325 460 520 395 705 m

LCI(I)=HCI(I)=2660m

=125tm3

sf a=0 653 mm grosimea stratului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al CB

iquestsumj=1

6

(1minusk Di j2 )sdotl j=

(1-09072)sdot255+(1minus09072 )sdot325+(1-09182 )sdot460+ (1minus09072 )sdot52 0++ (1-09072)sdot39 5+(1minus0 8982)sdot705=473 972 m

Se admite

k r(M )=02

si ac

(lt M )=1 ms2 Se obţine

Sarcina maxima utila la tubare

FM T =1413 516 kN sdot[(1minus1 25 t m3

7 85 t m3 )sdot(1+02 )+ (1+0 745 )sdot 19 81 ]=1677 556 kN

Sarcina maxima utila de degajare a celei mai grele garnituri de foraj se determina cu relatia[1]

FM D =GGar F Msdot(1minus ρ f

ρo)+FD M

FD M este forta de degajare maxima FD M =300kN

33

k m f(M )=

ρ f

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

5

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1]=

Măsura lui FDM se apreciază icircn funcţie de măsura lui HM conform tabelului 1 aplicatia 9

FM D =1228 624 kNsdot(1minus1 25 t m3

7 85 t m3)+300 kN=1332 983

kN

Conform rezultatelor de mai sus se obtineFM

=max 1677 556 1332983 kN=1677 556 kN 9 81≃171 0047 tf

Ca urmare se poate alege o IF transportabilă pe cale terestră pe subansamble (SAn) din clasa F 200 (vezi [1])

Tipul acţionării se alege icircn funcţie de posibilitatea de alimentare cu energie electrică a IF icircn

zona de amplasare de instalaţiile aflate icircn dotarea firmei de foraj şi de costul comparativ al

combustibilului şi al energiei electrice din perioada cacircnd o să lucreze instalaţia icircn situaţia icircn care

firma dispune de instalaţii cu acţionări neautonome sau autonome

Se admite că situaţia din zona de amplasament a IF impune o acţionare de tipul DH Avacircnd

icircn vedere acest lucru rezultă că se poate alege o IF de tipul

F-200-2DH (T(SAn))

19 Concluzii

Pe baza datelor luate din materialul didactic si standardele nationale cat si internationale s-a

facut un calcul teoretic de alegere al instalatiei de foraj Luand in consideratie ca mediul real poate

aduce un aport negativ asupra calculelor teoretice in rezultatele prezentate mai sus s-au luat niste

coeficienti de siguranta care sa acopere riscurile posibile totodata s-a constatat ca desi pentru

Sonda 7 Pacurari este necesara o instalatie mai mica decat cea aleasa am fost nevoit sa aleg anume

F200-2DH deoarece conditiile tehnico-economice presupun utilizarea tipului utilajului folosit deja

in industria petroliera si standardizat conform normelor STAS si API

2 PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

21 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

34

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

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 arborele 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 [1]

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 MBM 820 cu supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului DH de tipul GF-820+CHC-750-2 sunt

prezentate icircn fig 21 Se analizează dependenţele funcţionale reprezentate de aceste curbe (vezi

aplicatia 13)

35

Fig 2 1 Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului de acţionare de tipul DHformat din GF 820 şi CHC-750-2 pentru reglarea motorului diesel la sarcină plină

şi funcţionarea lui cu gradul maxim de accelerare (la care puterea maximă amotorului este puterea nominală Pn) şi funcţionarea lui cu gradul maxim deaccelerare MI MII ndash momentul dezvoltat la arborele primar (I) respectiv laarborele secundar (II) al CHC ωI ωII ndash viteza unghiulară PI PII ndash puterea

ηCHC ndash randamentul CHC

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (210)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (211)

Tabel 311 Parametrii functionali ai grupului de actionare GF-820 + CHC-750-2

36

Fig 211 Curba caracteristica exterioara a CHC este o caracteristica flexibila cresterea momentului rezistent este

preluata de CHC prin reducerea importanta a vitezei unghiulare a arborelui secundar

Din aceste grafice se deduce ca pentru ηm= 07 DEF al CHC-750-2 reprezentat prin ηCH ϵ

[0700 0847] nII ϵ [275 950] rotmin MII ϵ [14730 4000] kNm

Din datele obinute rezulta avantajele utilizarii CHC in cadrul GA de tipul DH

1 CHC lucreaza ca un variator continuu de viteza adica ωII se modifica automat si continuu odata cu variatia momentului rezistent aplicat arborelui secundar astfel se spune ca CHC isi regleaza regimul de functionare deci CHC permite o autoadaptare a GA la sarcina

2 Utilizarea CHC simplifica lantul cinematic al IF37

3 CHC protejeaza motorul Diesel impotriva suprasarcinilor si a socurilor transmise de la antorul sistemului de lucruinclusive in situatia blocarii secundarului

Fig 212 Curbele caracteristice pentru sarcina plina ale motorului MBM-820 si curba puterii in functie de sarcina plina a aceluiasi motor

22 Alegerea modului de acţionare

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

38

Instalaţiie 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[1]

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

39

Fig 221 Schema structural-functionala a unei instalatii de foraj cu mod de actionare centralizatin varianta MAC2 cu

actionare DH

S-a ales varianta MAC2 in care PN este actionata separat formand impreuna cu GA si transmisiile mecanice respective un grup motopompa (GMP) dupa cum TA este DH vezi 1[1])

23 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

1 pompe centrifuge pentru hidrocicloane2 site vibratoare 3 agitatoare4 pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de foraj5 pompe centrifuge pentru apa6 pompe centrifuge pentru chimicale7 pompe pentru reziduuri8 pompe pentru combustibil9 comanda hidraulica a prevenitoarelor10 instalaţie pentru uscarea aerului11 agregate pentru icircncălzire12 maşini-unelte13 agregat pentru sudura

40

14 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

Tabel 231 Consumatorii auxiliari de forta utilizati in cadrul IF de tipul F200-2DH si puterea lor

NrCrt

Denumirea consumatorilor Puterea motorului

kW

NrmotoarePuterea totala

kW

A Instalatia de foraj propriu-zisa

1 Site virbatoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 10 75

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa racire troliu 75 1 75

5 Pompa apa racire frina hidraulica 75 1 75

6 Pompe instalatie amestec chimicale 3 2 6

7 Pompe combustibil 3 2 6

8 Pompe ulei 15 1 15

9 Pompe de preparare a fluidului de foraj 75 2 150

10 Pompa baterie denisipare 55 1 55

11 Pompa baterie desmiluire 50 1 50

12 Instalatie degazeificare 5 1 5

13 Degazeificator 30 1 30

14 Instalatie de preparare centrifuga 20 3 60

15 Instalatie transport material pulverulent 4 1 4

16 Dispozitiv salvare garnitura 20 1 20

17 Dispozitiv strins-slabit 11 1 11

18 Dispozitiv manevra prajini grele 75 1 75

19 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

20 Pod tubaj reglabil 75 1 75

21 Instalatie comanda prevenitoare 11 1 11

41

22 Instalatie de uscare aer 15 1 15

23 Instalatie iluminat normal 18 1 18

24 Instalatie iluminat siguranta 08 1 08

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

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

PCsAF = 5928 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

24 Calculul puterii instalate

Puterea instalata a IF (Prsquo) reprezinta puterea motoarelor utilizate pentru actionarea

antoarelor principale a celor auxiliare si pentru actionarea celorlalte utilaje si instalatii folosite

pentru executarea diverselor operatii auxiliare

Prsquo = P + PCsAF (241)

P = n Pn (242)

Pn-Puterea nominala a motorului MB820 Pn= 655 kW

n-numarul de motoare folosite

P = (2+2) ∙ PnP = (2 + 2) 655kW = 2620 kW

Prsquo= 2620 kW + 5928 kW = 32128 kW

25 ConcluziiIn capitolul 2 s-au ales grupurile de actionare Alegerea s-a facut pe baza analizei

parametrilor motoarelor si caracteristicile acestora s-a evidentiat modul de utilizare al acestor

grupuri de actionare astfel incat sa fie satisfacute conditiile de tehnologicitate si economicitate

Acest lucru s-a facut pentru a obtine niste parametri de lucru cat se poate eficienti si economici

deoarece in cazul neindeplinirii uneia din conditii se pot intampla atat stagnari ale procesului

normal de foraj (uneori poate chiar si cu consecinte catastrofale) cat si pierderi financiare mari

42

3 ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ SI PREZENTAREA PARAMETRILOR SI CARACTERISTICILOR LOR

31Alegerea capului hidraulic

Fig31 Secţiune prin CH (reprezentare schematică (a) şi reprezentare constructivă (b))1 ndash corp (oală) 2 ndash bolţ 3 ndash toartă (biglu) 4 10 ndash rulment cu role cilindrice (de ghidare) 5 11 ndash garnituri de

etanşare 6 ndash rulment axial principal cu role conice 7 ndash fus 8 ndash reducţie 9 ndash rulment axial secundar cu bile 12 ndash felinar (capac) 13 ndash lulea 14 ndash piuliţă inferioară 15 ndash ţeavă de spălare 16 ndash cutie de etanşare 17 ndash etanşarea icircntre

partea superioară a ţevii de spălare şi lulea 18 ndash piuliţă superioară 19 ndash şuruburi de fixare

Capul hidraulic [1] (CH) este un utilaj care face parte din ansamblul de antrenare a GarF

El reprezinta nodul de legatura intre cele trei echipamente principale (EqPr) ale IF echipamentul

de circulatie (EqC) echipamentul de rotatie (EqR) si de manevra (EqM)

CH este suspendat in ciocul cirligului triplex cu ajutorul toartei sale La randul sau CH sustine

garnitura de foraj prin intermediul reductiei de legatura si al prajinii de antrenare De luleaua CH

se monteaza furtunul de noroi

43

Ca urmare functiunile CH sunt

1 Sustinerea GarF in timpul forajului

2 Permiterea rotatiei GarF

3 Conducerea fluidului de forajsub presiunede la FN la PA prin lulea teava de spalare

fus si RLCHin cazul circulatiei directe

Marimile fizice principale ale CH1 marimile functionale

- sarcina de lucru maxima

- turatia maxima a fusului

- presiunea maxima a fluidului de foraj

2 marimile dimensional-constructive

- diametrul interior al tevii de spalare

- tipo-dimensiulnile de legatura

3 marimile de anduranta

- sarcina limitacapacitatea in functie de rulmentul principal

- durabilitatea rulmentului principal

- durabilitatea etansarii tevii de spalare

Fig 31 Capul hidraulic (CH) montat icircn ciocul cacircrligului icircn timpul forajului

Alegerea capului hidraulic se face pe baza sarcinii maxime de lucru (FCH M

) si trebuie sa echipeze instalatia de foraj F200-2DH [1]

44

FCH M

geF M

(31)

FM =200 tf

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

(32)

Capetele hidraulice construite icircn Romacircnia sunt tipizate conform SR 5736 [66] care este

elaborat icircn concordanţă cu API Spec 8A [67] şi API Spec 8C [68]

Din tab 62 Cap 6 6 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH ndash 320 (ndash40degC) SR 5736

necesar instalaţiei de foraj alese F200

CHndash320 (ndash40degC) SR 5736 este un cap hidraulic echipat cu rulment axial-oscilant cu role

butoi cu sarcina maximă de lucru de 320tf care lucrează icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash

40degC

Conform SR 5736 acest tip de CH se caracterizează şi prin

Sarcina limită sau capacitatea maximă icircn funcţie de rulmentul principal FRLCH=147tf

pM = 35MPa nM = 300 rotmin di = 762 mm LP 4 (filetul de legătură al lulelei cu FF) 6⅝

REG LH (filetul de legătură cu RLCH)

32Alegerea ansamblului macara carlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 32 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]

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia [1]

FMC ge FCM (321)

Din tab32 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32-1250 MC -300 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii

45

Tabel 31 Caracteristicile Ansamblului Macara-Carlig

Tabelul 32 Tipurile de macarale-cacircrlig construite icircn Romacircnia şi caracteristicile lor (cf [69])

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (32)

GMC =8610t middot 981 ms2 = 84464 kN

46

UnMas F200Denumire 5-32MC-300

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300

Nr Roti manevra - 5

Diam cablului mm 32

Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140

Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in f-ie de rulmenti US tonf 347

Masa t 8610

Fig 32 Construcţia ansamblului-cacircrlig mono-bloc 1 ndash cacircrlig triplex 2 ndash bolţ 3 ndash pahar şi rulment axial 4 ndash tijă 5ndash piston 6 ndash arcuri de destindere 7 ndash piesă de legătură icircntre ansamblul cacircrligului şi macara 8 ndash axul macaralei 9 ndash role 10 ndash rulmenţii macaralei 11 ndash plăci laterale

33Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul de foraj reprezinta partea fixa a masinii macara-geamblac Se monteaza in

grupul mastului pe grinzi numite coroana geamblacului Este format dintr-un ax pe care se

monteaza un anumit numar de role (z+1) prin intermediul unor rulmenti Fiecare rola se misca

independent de celelalte (z-numarul de role de la macara) [1]

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

-geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţie romacircnească Avantajul acestui tip

constructiv este acela că este o construcţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

- 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

47

c geamblacul de foraj din două blocuri

- geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se pot roti şi interschimba asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

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

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

a geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

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

b geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

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 ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia [1]

Fig 331 Geamblac cu o roata separata

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 332

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

Alegerea geamblacului de foraj se face in functie de sarcina de lucru maxima de diametrul cablului utilizat de tipul cablului de manevra de tipul macaralei respectiv de tipul ansamblului macara-carlig

48

Pentru instalatia F200-2DH se alege unul din geamblacurile tipizate care sa indeplineasca cerintele impuse

Fig 33 2Geamblac monobloc 1 ndash suport (prin care GF se montează prin şuruburi de coroană ramă) 2ndash ax 3 ndash rolă roată 4 ndash rulment radial-axial cu role conice pe două racircnduri 5 ndash disc distanţier 6 ndash bucşă distanţieră 7 ndash ungător cu bilă (folosit pentru ungerea consistentă a rulmenţilor) (canalele de ungere sunt practicate icircn plan orizontal) 8 ndash placă de presare 9 ndash apărătoare

Pentru instalatia de foraj F 200 se va folosi un geamblac A 6 -32-1250GF-300 (-400C)(vezi [1] cap 54 tab56)adica geamblac de foraj cu 6 roţi role pe ax cu diametrul cablului de manevră de 32 mm

diametrul exterior al rolei de 1250 mm sarcina maximă de lucru 300tfşi temperatura de lucru de ndash

40degC Din tabelul 56 Cap 5 [1]se observă că acest tip de geamblac face parte din clasa

echipamentului (de manevră) 450

Tabel 33 Caracteristicile GeamblaculuiUnMas

Denumire 6-32GF-300Sarcina maxima la coroana geamblacului tf 400

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300Nr Roti manevra - 6

Diam cablului mm 32Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in functie de rulmenti US tonf 416Masa t 28

49

34Alegerea elevatorului 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

Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane de tubare (B-ElPCB) (bdquocasing slip

elevator-spiderrdquo icircn lb en) este o sculă de manevră care se foloseşte icircn timpul tubării puţurilor

atacirct pentru susţinerea coloanei de burlane (CB) ca broască cu pene aşezată pe masa rotativă

(MR) cacirct şi pentru săltarea din penele broaştei şi introducerea coloanei icircn puţ ca elevator (cu

pene) Deci aceste scule se folosesc icircn pereche icircn timpul tubării puţurilor una aşezată pe MR

susţine CB prin icircmpănare icircndeplinind funcţia de broască cu pene (vezi fig 341) iar cealaltă

care este susţinută icircn chiolbaşi avacircnd rolul de elevator (cu pene) se prinde tot prin icircmpănare pe

burlanul care s-a adăugat prin icircnşurubare la coloană saltă CB din broasca cu pene şi o susţine icircn

timpul introducerii ei icircn sondă (vezi fig 342)

Fig 342 Tragerea burlanului pe jilip cu ajutorul unui elevator de tras burlane pentru a fi icircnşurubat icircn

coloana susţinută icircn broasca cu pene

50

Fig 343 Varianta de elevator (cu pene) (cu inel ridicător) a broaştei-elevator cu pene cu două semicorpuri care este susţinută icircn ochiurile inferioare ale chiolbaşilor (11) icircn timpul introducerii coloanei de burlane (12) icircn puţul care se tubează 1 ndash corp carcasă 2 ndash umăr 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă de siguranţă 5 ndash corp de pană 6 ndash bacuri 7 ndash pacirclnie de ghidare 8 ndash cadru ridicător 9 ndash icircmpingătoare 10 ndash mecanism cu pacircrghii de ridicare

Din punct de vedere funcţional se deosebesc tipurile bull broască cu pene (BP) bull elevator cu pene (ElP)

Fig344 Broasca-elevator cu pene

51

In figura 344 este reprezentata Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane (broasca cu pene icircn partea de sus stanga elevatorul cu pene icircn partea dreapta şi vedere de sus a elevatorului cu pene icircn partea de jos) 1ndash corp 2ndash umăr braţ superior 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă (siguranţă pentru chiolbaşi) 5 ndash poartă uşă 6 ndash pene 7 ndash bacuri 8 ndash placă de sprijin (pe masa rotativă) 9 ndash guler de protecţie şi ghidare 10 ndash pacirclnie de ghidare HB ndash icircnălţimea broaştei cu pene HE ndash icircnălţimea elevatorului cu pene l ndash lăţimea broaştei-elevator

Alegerea elevatorului cu pene se face din conditiile urmatoare

FPgtFCBM

(341)

unde

FPleFBminusEl PCB

(342)

Studiind oferta companiei STEROM SA Cacircmpina conform ([1] cap 8 tab88) se alege un elevator cu pene de tipul

B-ElPCB 4frac12 ndash 13⅜ in x 350 ts (9⅝ x 275 ts x 8⅝) (ndash 45ordmC)

icircnseamnă broască-elevator destinată utilizării pentru burlane cu diametrul nominal cuprins

icircntre 4frac12 in şi 13⅜ in (inclusiv) cu sarcina nominală (sarcina maximă de lucru) de 350 ts (320tf)

echipată cu pene set de pene de 958 in cu sarcina nominală (maximă de lucru) de 275 ts (250 tf)

icircn care sunt montate bacuri de 858 in adică această broască-elevator este echipată pentru susţinerea

unei CB de 858 care determină icircn timpul manevrei ei o sarcină maximă la cacircrlig de cel mult 275ts

(250 tf) Ea este executată să lucreze icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash 45 ordmC

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

21t∙981ms2 =20601kN

35 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatorul pentru prăjini de foraj (ElPF) (bdquodrill pipe elevatorrdquo icircn lb en) este o sculă de

manevră care se foloseşte pentru susţinerea garniturii de foraj (GarF) icircn timpul extragerii şi

introducerii ei icircn sondă El prinde sub mufa PF şi este agăţat prin umerii săi icircn ochiurile

inferioare ale chiolbaşilor

ElPF se compune din

52

ndash două corpuri articulate care se icircnchid pe PF prevăzute cu cacircte un umăr cu care se suspendă icircn

ochiurile inferioare (mici) ale chiolbaşilor

ndash icircnchizatorul celor două corpuri

ndash eclise cu bolţuri prinse icircn umeri pentru asigurarea contra ieşirii chiolbaşilor

Elevatoarele se deosebesc prin forma lor modul de icircnchidere a celor două corpuri şi forma

suprafeţei de rezemare a prăjinilor

Din punctul de vedere al icircnchiderii se diferenţiază

ndash ElPF cu icircnchidere centrală (ElPFIcircC)

ndash ElPF cu icircnchidere laterală (ElPFIcircL)

După forma suprafeţei de sprijin al PF se disting

ndash ElPF cu scaun drept (ELPFSD) deci cu suprafaţă de rezemare dreaptă folosite pentru

manevrarea prăjinilor de foraj cu racorduri speciale sudate cu umăr drept (RSSUD) sau cu

racorduri icircnfiletate [1]

Fig 351 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun conic

ndash ElPF cu scaun conic (ElPFSC) care dispun de o suprafaţă de rezemare interioară tronconică cu unghiul de icircnchidere standardizat de 18deg ca şi mufele racordurilor speciale sudate cu umăr conic (RSSUC)

53

Fig 352 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun dreptElevatoarele sunt tipizate prescripţiile generale fiind prevăzute de API Spec 8A [85] şi

Spec 8C [86] Icircn fig 88 este reprezentat un ElPF cu scaun conic iar icircn fig 89 un ElPF cu scaun

drept

In figura 34 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic

Fig 34 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Alegerea elevatorului pentru prajini se face in functie de tipul prajinilor de foraj

1 Daca prajinile sunt cu recorduri speciale infiletate atunci cu scaun drept

2 Daca prajinile sunt cu racorduri speciale sudate atunci cu scaun conic

La alegerea elevatorului trebuie indeplinita conditia

FElgtFGar FMn

(sarcina normala utila de la carlig) (351)

icircn care FGar FM

este sarcina maximă care apare icircn timpul manevrării garniturii pacircnă la adacircncimea

maximă de foraj a puţului respectiv

54

Pentru că prăjinile de foraj sunt cu RSSUC si FGar FM

=122863kN conform tabelului 85

[1] cap 8 se alege un elevator cu scaun conic cu urmatoarea nominalizare

Elevator cu scaun conic 4frac12 x 1214 x 250 adica

elevator cu scaun conic cu dimensiunea nominală de 4frac12 ( pentru prăjini de foraj cu

RSSUC cu diametrul nominal de 4frac12 DPF = 4frac12) cu diametrul interior de 1214 mm (ceea ce

icircnseamnă că se utilizează pentru prăjini cu capetele fie cu II fie cu IEI (conform tabelului 85 cap

8) şi cu sarcina maximă de lucru de 250 tf cu masa mEl=1828kg conform NR 05-1018R STEROM

SA

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

ELpF= mEl middot g (253)

GEl = 1828 kg middot 981 ms2 = 18 kN

36Alegerea chiolbasilor

Chiolbaşii (Ch) (bdquothe drilling linksrdquo bdquoelevator linksrdquo icircn lb en) denumiţi şi bdquobraţele de

elevatorrdquo sunt scule de foraj care fac legătura icircntre cacircrlig şi elevator fiind utilizaţi icircn timpul

manevrei garniturii de foraj (GarF) şi coloanelor de burlane (CB)

Ei se agaţă cu ochiurile superioare de umerii cacircrligului şi susţin cu ochiurile lor inferioare

elevatorul prin umerii acestuia (vezi fig 361) Astfel sarcina datorată GarF sau CB este

preluată prin intermediul elevatorului de către Ch care o transmit cacircrligului [1]

55

Fig 361 Ansamblul format din macara-cacircrlig chiolbaşi şi elevator icircncare este susţinută garnitura de foraj icircn timpul manevrei acesteia

Din punct de vedere al sarcinii de lucru exista 3 tipuri de chiolbasi

1 Usor (sarcini mici)

2 Mediu (sarcini medii)

3 Greu (sarcini mari)

Tipul usor are forma de za alungita iar cel mediu si greu ndash de bara prevazuta la ambele capete cu

ochiuri

Chiolbasii se executa prin forjare in matrita dintr-o singura bucata de otel slab aliat de

constructii pentru a se asigura o rezistenta mare atat prin fibrajul obtinut prin procedeul tehnologic

respective cat si prin compozitie si prin TT folosit

Fig 362 Diferite tipuri de chiolbaşi

Alegerea chiolbasilor se face in functie de sarcina de lucru si de lungimea nominala

Fig 363 Tipurile de chiolbaşi şi dimensiunile lor principale a ndash chiolbaş de tipul uşor b ndash chiolbaş de tipul mediu c ndash chiolbaş de tipul greu C2 ndash raza de curbură interioară a ochiului superior G1 ndash raza de curbură interioară a ochiului

56

inferior D2 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului superior cu umărul cacircrligului H1 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului inferior cu umărul elevatorului d d1 ndash diametrul barei L ndash lungimea de lucru (dintre

punctele de sprijin pe umărul cacircrligului şi pe umărul elevatorului)

Conform normelor prevazute pentru F200-2DH se aleg chiolbasi de tip greu serie Chiolbaşi 69 x 2100 x 320

Gama de sarcini Fch = 320 tf perDimensiuni principale- d1 = 85 mm- C2 = 108 mm

- G1 =70 mm- D2 = 34 mm - H1 = 345 mm- Lungimea totala Lch = 2100 mm- Masa netă informativă mch = 247 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (36)

GCh = 247 kg middot 981 ms2 = 243 kN

37Alegerea cablului de manevra

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

1 la manevră cablul de manevră sau de foraj

2 la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcărit

3 la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancoră

4 pentru rabaterea turlei cablul de praştie

5 la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electrici

Cablurile 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

57

1 de acelaşi diametru 5 la fire2 de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 371)

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

Fig 371 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

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

1 organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)

2 metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)

3 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 ]

58

Fig 372 Cablarea a ndash icircnfăşurarea spre dreapta b ndash icircnfăşurarea spre stacircngac ndash cablarea icircn cruce stacircnga (ZS) d ndash cablarea icircn cruce dreapta (SZ)e ndash cablarea paralelă dreapta (ZZ) f ndash cablarea paralelă stacircnga (SS)

Alegerea cablului se face pe baza sarcinii sale reale minime de rupere (Srm) astfel icircncacirct să fie satisfăcută condiţia de rezistenţă (vezi [1])

Srm gecM middot FM (37)

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

CM - coeficientul de siguranţă pentru operatiile de tubare si instrumentatie care se accepta egal cu

valoarea 2 conform API Spec9B iar FM ste forta maxima din RA a infasurarii cablului Ea se

determina cu expresia[1]

(372)

in care FM este forta totala care actioneaza asupra ramurilor din cablu z ndash nr de role de la macaraηMminusG - randamentul masinii macara-geamblac la ridicareRandamentul masinii macara-geamblac la ridicare se obtine cu relatia (cf[1])

ηMminusG=β2 ∙Zminus1

2 ∙ Z ∙ β2 ∙Z ∙ ( βminus1 ) (373)

unde β este inversul randamentului unei role

β= 1ηRo

(374)

pentru care se admite valoarea β =104 conform API iar ηRo =096 (API) randament role

59

FM=FM

2sdotzsdotηM minusG

Conform tipului de ansamblu MC ales z =5 Atunci rezultă

ηMminusG =

1 04225minus12sdot5sdot1 042sdot5 (1 04minus1 )

=0 811

Forţa F M se calculează cu expresia (conform [1])

FM =F M +GoTsdot(1+

ac(M )

g )

(375)

unde FM

este sarcina maxima utila la carlig GoT - greutatea moarta la tubare g- acceleratia

gravitationala g= 981 ms2 ac(M )

- acceleratia miscarii carligului are valori cuprinse in domeniul

[0515]∙ ms2

Greutatea moartă la tubare se determină ţinacircnd cont de greutatea elementelor ansamblului

MC a chiolbaşilor (Ch) a elevatorului cu pene (ElP) şi a ramurilor de cablu dintre macara şi

geamblac

GoT =

GMC+G ch+GEl P+GCM

(376)

Deoarece la acest moment nu se cunoaşte tipodimensiunea cablului şi ca urmare masa sa unitară se face aproximaţia

GoT iquestGMC+G ch+GEl P (377)

rezulta

GOT=8446 kN+243kN+20601 kN=1075 kN

Ştiind tipul IF se determină

FM

=200tf= 200∙981 =1962kNSe accepta

ac(M )=1 m s2

si se obtine

FM =1962 kN+107 5 kNsdot(1+ 19 81 )=2080 46 kN

60

Se calculeaza

F =

2080 46 kN2sdot5sdot0 811

=256 531 kN

Se determină sarcina reală minimă de rupere necesară a cablului cu formula

Srmnec gecM middot FM (378)

c M=2 ( conform API) si rezulta

Srmnec =2∙256531kN=513062kN

Se alege un cablu Seale cu o măsură a lui Srm astfel icircncacirct să fie icircndeplinită condiţia următoare

Sr mgtSr m nec

(379)

Ca urmare din [1] tabelul 52 se constată că se poate alege

Cablu Seale 6x19-32-1570 SZ STAS1689-80

caracterizat prin

nT=6 nr toroane

n f=19=1+9+9 nr fire din fiecare torondc=32 mm diametrul nominalRm=1570 MPa rezistenta minima de rupere a sarmelorSr m=531 32 kN sarcina reala minima de rupered0=3 mm diametrul sarmelor centraled1=1 45 mm diametrul sarmelor intermediared2=26 mm diametrul sarmelor exterioarem1 C=3 89 kg m masa unitara

Tipul cablării cruce dreapta (SZ) adică sensul de icircnfăşurare a firelor icircn toron este spre stanga(S) iar sensul de icircnfăşurare a toroanelor icircn cablu este spre dreapta (Z)Sr m=531 32gtSr nec=513 062 kN

Deci conditiaSr mgtSr nec este satisfacuta

Se reia calculul pentru verificare

61

Trebuie sa recalculam FM tinand cont si de greutatea cablului GCM

GCM =2sdotzsdotlr CM(M ) sdotqc (3710)

qc - greutatea unitara a cabluluiqc =m1 Csdotg (3711)

qc =3 89 kg msdot9 81 m s2=38 161 N mlr CM(M ) =(15 m+lp )+sminuslb (3712)

lr CM(M )

=(15 m+27 m)+65 mminus9 m=26 m

in care s=65m ndash spatiu de siguranta lb=9m lungimea unui burlanlp=27m lungimea pasului

GCM=2sdot5sdot26 msdot38 161 N m=9 922 kN

GoT=107 5 kN+9 922kN=117 422kN

Pentru IF F200-2DH vom avea

F =

2091 413 kN2sdot5sdot0 811

=257 88 kN

c M=Sr m

F c M=531 32kN

257 88 kN=2 06gtc=2

Tabelul 375 Parametrii caracteristici ai cablurilor Seale 6 x 19 conform STAS 1689-80

38 Alegerea troliului de foraj

62

FN=200sdot9 81kN+117 442kN (1+ 19 81

)=2091 413kN

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

Icircn funcţie de valoarea raportului DPGDS se clasifică (cf [6]) PG şi tipurile de formaţiuni icircn care

se recomandă să se foreze (vezi tabelul 142)

Tabelul 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

Pentru alegerea PGC se recomanda relatia empirica[6]

DPG=DS-25 (142)Pentru forajul putului de exploatare al Sondei 7 se considera ca nu exista pericol de

prindere in formatiunea geologica traversata prin foraj pana la adancimea finala

Avand in vedere tipul de formatiune precizat mai sus conform tabelului 2 se alege PG

supradimensionata cu DPG DS= 089

DPG= 1715mm ndash 25mm =1465mm

Din tabelul 143 conform [6] se alege DPG= 146mm Din tabelul 1 (vezi aplicatia 4) se

alege măsura standardizată a diametrului nominal cea mai apropiată de măsurile rezultate anterior

adică DPG = 1524 mm pentru care exista DPGi isin572 715]mm cu m1PGisin 1234 1115 kgm

Rezultă DPGDS = 08886 089cong

ceea ce este icircn acord cu tipul de PG supradimensionată recomandată pentru formaţiunile

fără pericol de prindere

Se calculeaza greutatea unitara

qPG=m1PG ∙ g (143)

unde

DPGi este diametrul interior prajini grele

- pentru DPGi= 572 mm

q=1234kgm

∙ 981ms=1210554

Nm

=1211kN m

unde g este acceleratia de cadere libera g=981 ms2

- pentru DPGi= 715 mm

q=1115kgm

∙ 981m

s2=1093815

Nm

=1094 kN m

17

Se calculeaza coeficientul pierderii de presiune din interiorul PG cu formula

α PGi=

8π 2

sdotλPG i

DPG i5

in care

(144)

λPGi reprezinta coeficientul de rezistenta hidraulica liniara si are o valoare constanta si anume (conform [1])

λPGi=002

- pentru DPGi= 572 mm

α PGi=

8π 2

sdot 0 02

(5 72sdot10minus2 )5 m5= 8

π2sdot2sdot10minus2sdot1010

5 725 m5= 8

π2sdot20000sdot104

5 725 m5=26475sdot104 mminus5

- pentru DPGi= 715 mm

α PGi=

8π 2

sdot 0 02

(7 15sdot10minus2)5 m5= 8

π2sdot2sdot10minus2sdot1010

7 155 m5= 8

π 2sdot20000sdot104

7 155 m5=0 8675sdot104 mminus5

Daca se alege masura mai mica a diametrului interior atunci lungimea AnAd va fi mai mica

dar fara sa se evite fenomenul de flambaj deoarece aceasta lungime este mai mare decat 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 alege PG cuDPG= 6 in= 1524 mm DPgi = 2 1316 in= 715 mm IFU de tipulNC 44 m1PG = 1115 kgm

Mir=244kNm (momentul de insurubare recomandat) i=W M

( lC)

W C(1905 )=284

Se observa ca i=284gtiopt= 25 ceea ce inseamna ca imbinarea filetata cu umar a PG asigura o rezistenta mare la oboseala in sectiunile sale critice (Vezi [1])

14Verificarea la flambaj a ansamblului de prajini grele

141 Determinarea lungimii ansamblului de adancime

Pe baza datelor obtinute anterior se calculeaza lungimea ansamblului de PG (LAnAd) cu formula (vezi [1])

18

LAn Ad=FS

c L ∙qPG ∙(1minusρf

ρo)∙ (cosθminusμa sinθ)

(151)undeFS este forta de apasare pe sapa ρ f -densitatea fluidului de foraj(150tm3) ρ odensitatea otelului(785tm3) LAnPG este lungimea ansamblului de prăjini grele in m

qPG ndash greutatea unitara a PG CL ndash coeficientul lungime Fs ndash forta de apasare pe sapa Ө - unghiul mediu de deviere al sondei fata de vertical g ndash acceleraţia gravitaţională in ms Densitatea fluidului de foraj se poate aprecia cu expresia empirică(cf [8])

ρ f=125+025∙ ln (H ∙10minus3) (152)

ρ f=[125+025∙ ln (35 ∙ 103 ∙10minus3 ) ] t

m3=1563 t m3

Din conditiile tehnologice se alege ρf =15 tm3 (vezi Ap 1)Se calculeaza greutatea unitara a PG

qPG=m1 PGsdotg (153)

qPG=1115kgm

∙981m

s2=109382

Nmcong 1094

kNm

Se calculează forţa de apăsare pe sapă (cf [8])

FS=(03+7 5sdot10minus5sdotH )sdotDS

(154)

FS=(03+75 ∙ 10minus5 ∙35 ∙103)∙ 1715 kN= 9647 kN

Se calculeaza lungimea ansamblului de PG cu expresia (151)

LAn PG=9647 kN

0 85sdot1 094 kN msdot(1minus 157 85 )sdot(cos 30minus03sdotsin 30)

=130 475 m

Өiquest30

Se determina numarul de PG cu relatia

nPG=L An PG

lPG (155)

Unde lPG reprezinta lungimea unei prajini grele Daca se admite pentru lPG

19

masura normala care este egala cu 9m atunci se obtine

nPG=130 475m9 m

=14 49≃15

Se alege nPG=15 si se recalculeaza LAnPG

LAn PG=15sdot9m=135 mSe recalculeaza coeficientul de lungime al AnPG

c L=96 47 kN

135 msdot1 094kNm

sdot(1minus 157 85 )sdot(cos 30minus03sdotsin 30)

=0 821

si se constata ca valoarea lui se gaseste in domeniul recomandat adica [070 085]

142 Verificarea la flambaj a AnPG (vezi [3] aplicatia5)

Lungimea supusa la compresiune a AnPG este c LsdotLAn PG=0 821sdot135=110 835 m (156)

Se calculeaza lungimea critica de flambaj a AnPG(vezi [1])

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 PGExpresia de sub radical adică

(158)

se numeşte (conform lui N Pacircrvulescu) volum de rigiditate la gravitatie deoarece are dimensiunea unui volum si exprima un caracter de rigiditate al PG

Momentul geometric axial se calculeaza cu formula

I PG= π64

sdot( DPG4 minusDPG i

4 ) (159)

I PG= π64

sdot(15 244minus7 154) cm4=2520 375 cm4≃2 5203sdot10minus5 m4

20

Greutatea unitara aparenta a PG se determina cu formula

qa PG=qPGsdot(1minusρf

ρo) (1510)

Se obtine

qa PG=1 094kNm

sdot(1minus 157 85 )=0 885

kNm

Măsura volumului de rigiditate la gravitaţie al PG este

V PG=21∙ 1011 N

m2∙ 2520375 ∙10minus5 m4

0885∙ 103 Nm

=5981∙ 103 m3

Rezultă imediat măsura lungimii critice de flambaj a AnPG

LAn PG cr=17∙3radic5981∙103 m3=3085 mcong 31 m

Comparand aceasta masura a lungimii critice de flambaj a AnPG cu aceea a lungimii

portiunii din AnPG supuse la compresiune se constata

c LsdotLAn PG=110 835 mgtLAn PG cr=31 m

Ceea ce inseamna ca AnPG flambeaza sub actiunea fortei de apasare pe sapa Avand 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 corector-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 prajinile grele al doilea

al treilea si respectiv al patrulea stabilizator (vezi cap 1fig124 f)

21

Fig 143 Alcătuirea ansamblului de adacircncime al garniturii de foraj

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

Alegerea prajinilor de foraj (vezi Apl 6)Prăjinile de foraj (PF) sunt fabricate din ţevi de oţel laminate la cald icircngroşate la capete Se execută următoarele tipuri de PF [6] ndash PF cu racorduri speciale sudate (prin presiune de contact) (PFRSS) ndash PF cu racorduri speciale filetate (PFRSF)

PFRSS se realizează icircn conformitate cu STAS 80371-80 (bdquoPrăjini de foraj pentru racorduri sudate Clasele de rezistenţă D E şi G-105 Dimensiunirdquo) şi conform normei API 5A ndash pentru PF din clasele de rezistenţă D şi E ndash şi normei API 5AX ndash pentru PF din clasele de rezistenţă X-95 G-105 şi S-135 După forma icircngroşării capetelor PFRSS se execută icircn trei variante (vezi fig 161)

ndash PF cu capete icircngroşate la interior (II) (sau IU ndash Internal Upset conform API) ndash PF cu capete icircngroşate la exterior (IE) (sau EU ndash External Upset conform API) ndash PF cu capete icircngroşate la exterior şi la interior (IEI) (sau IEU ndash Internal- External Upset conform API)

22

Fig 161 Prăjini de foraj cu racorduri speciale sudate (PFRSS) [1] a ndash varianta II (cu capetele icircngroşate la interior) respectiv IU (Internal Upset) conform API b ndash varianta IE (cu capetele icircngroşate la exterior) respectiv EU (External Upset) conform API c ndash varianta IEI (cu capetele icircngroşate la exterior şi la interior) respectiv IEU (Internal-External Upset) conform API

Alte tipuri de PF sunt ndash PF cu perete gros ( Thick Wall Drill-Pipe icircn lb en) ndash PF cu grosimea de perete variabilă ndash PF cu racorduri speciale sudate cu canale elicoidale şi cu perete gros

Racordurile speciale pentru sudare (RSS) de la PF cu II IE şi IEI au tipodimensiunile şi

condiţiile tehnice reglementate icircn STAS 75701-80 (bdquoRacorduri speciale pentru sudare prin contact

la prăjini de foraj din clasele de rezistenţă D şi Erdquo) icircn norma API Spec 7 şi de asemenea icircn

normele interne ale firmelor constructoare RSS se execută icircn două variante constructive (fig

162)

ndash varianta A RSS cu scaun conic

ndash varianta B RSS cu scaun drept

23

Fig 162 Racorduri speciale pentru sudare (RSS) la prăjini de foraj [2] varianta A (cu scaun conic) varianta B (cu scaun drept)

Normele API Spec 7 prevăd RS şi pentru PF confecţionate din oţeluri din clasele de rezistenţă

superioare X-95 G-105 şi S-135

RSS sunt prevăzute cu icircmbinări filetate cu umăr (IcircFU) standardizate icircn STAS 8351-80

Alegerea prăjinilor de foraj

A alege prăjinile de foraj (PF) icircnseamnă a stabili ndash tipul PF

ndash diametrul nominal (DPF) şi grosimea de perete (sPF)

ndash clasa (gradul) de rezistenţă ndash clasa de uzură

ndash intervalul de măsuri ale lungimii

Criteriile pe baza cărora se face alegerea PF sunt următoarele

1) rezistenţă maximă la solicitările statice şi variabile care se asigură prin alegerea

corespunzătoare a tipului de PF a clasei de rezistenţă şi a celei de uzură a PF a intervalului de

măsuri ale lungimii PF şi a unei măsuri a grosimii de perete cacirct mai mari

2) rezistenţă maximă la acţiunea mediului coroziv care impune alegerea corespunzătoare a oţelului

şi dacă este cazul alegerea PF cu acoperiri speciale anticorozive şi de asemenea a unei măsuri a

grosimii de perete cacirct mai mari

3) energie minimă consumată icircn timpul forajului care icircnseamnă

a) energie mecanică de rotaţie minimă care se asigură prin alegerea unor măsuri ale

diametrului nominal şi grosimii de perete cacirct mai mici 24

b) energie hidraulică minimă (consumată prin circulaţia fluidului de foraj)ceea ce

presupune o pierdere de presiune minimă la curgerea fluidului de foraj prin interiorul PF care

determină alegerea unei măsuri cacirct mai mici a grosimii de perete

4) energie minimă consumată icircn timpul manevrei GarF ceea ce presupune alegerea PF cu măsura

minimă a masei unitare

Diametrul nominal al PF reprezinta diametrul exterior al corpului PF DPF=DPFe (161)

Diametrul nominal al PF se determina in functie de Dsmasurile orientative fiind date in tabelul de mai jos

Ds mm 150170 150200 175225 200250 225300 gt250DPF mm(in) 889(3 frac12) 1016(4) 1143(4 frac12) 127(5) 1397(5 frac12) 1683(658)

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

Pentru diametrul sapei de foraj determinat icircn subcapitolul anterior Ds= 1715 mm = 634rdquo se alege diametrul nominal al prăjinii de foraj DPF =4 frac12rdquo = 1143 mm

Din STAS 8037 ndash 88 (vezi aplicatia 5 tabelul 1) se alege diametrul nominal standardizat 412rdquo E 75 cu urmatoarele caracteristici

- masa cu racorduri m1PF= 33 Kgm

- grosimea peretelui s= 1092 mm

- diametrul interior DPfi= 9246=925 mm

- aria prăjinii de foraj A= 3547 mm2

- modulul de rezistentă WP= 10583 cm3

- tipul icircngroşării EU

- gradul de rezistenta E 75

- presiunea exterioara limita pel= 894 bar= 894MPa

- presiunea interioara limita pil= 865 bar =865MPa

- forţa de tracţiune limita FtcL= 1834 kN

- momentul de torsiune limita MtLPF= 5003 kNm

- tipodimensiunea IFU a RSS NC46 (4IF)

Solicitari care duc la limita de curgere a RSS

- momentul de insurubare limita dpdv al curgerii materialului RSS

25

M i RS L=53 69 kNm

FtRSL = 4 664 kN (forţa de tracţiune limită dpdv al curgerii materialului RSS)

- momentul de insurubare recomandatM i r=27 3 kNm

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)

Se obtine

APF=π4sdot(114 32 mmminus92 462 mm)=3547 mm2

Se determina modulul de rezistenta polar al sectiunii transversale a corpului PF cu formula

W p=I p

DPF

2

(162)

unde I p este momentul geometric polar al sectiunii transversale a corpului PF

I p=π32

∙( DPF4 minusDPFi

4 )= π32

∙ DPF4 ∙[1minus( DPFi

DPF)

4] (163)

I p=π

32sdot114 34 mmsdot[1minus(925 mm

114 3 mm )4 ]=9569240 653 mm4=956 924 mm3

deci

W p=π

16sdotDPF

3 sdot[1minus( DPF i

DPF)

4]

(164)

Rezulta

W p=π

16sdot114 33sdot[1minus(92 5

114 3 )4]=167658 175 mm3

Calculul tensiunii de tractiune

σ tcl=F tcl

APF

(165)

26

σ tcl=1834 kN

3547 mm2 =1834 ∙ 103 N3547 mm2 =517056 ∙106 Pa

Aceasta tensiune arata limita de curgere minima conform tabelului cu caracteristicile

mecanice ale prajinilor de foraj pentru clasa de rezistenta E75 (vezi aplicatia 6) Limita de curgere

trebuie sa se situeze in intervalul 517hellip724 In cazul nostrum limita este 517 MPa care se

incadreaza intre valorile recomandate

-calculul tensiunii tangentiale τ=G∙θ ∙ r (166)

θ=M t

G ∙ I p

(16 7)

Unde G este modulul de elasticitate transversal al materialului din care se confectioneaza PFPentru otel G= 81010 Paθ- torsiunea specificar- raza punctului considerat din sectiunea transversala a corpului PF

θ= 5003∙ 103 Nm8 ∙ 1010 N m2 ∙ 0956∙ 10minus5m4 =653 ∙ 10minus2 1

m

τ=8 ∙1010 N

m2∙ 653 ∙ 10minus2 mminus1∙ 5785∙ 10minus2m=29855106

N

m2

Aceasta tensiune reprezinta tensiunea tangentiala de curgere

Lungimea ansamblului superior utilizat pentru forajul putului de exploatare se determina cu

expresia

LAn S=H MminusLAn PG (168) LAn S=3500 mminus162 m=3338 m

Se calculeaza numarul de PF

nPF=

LAn S

lPF (169)Considerand ca lungimea unei prajini este cea normala adica 9m se obtine

nPF=3338

9=37088

Se alege nPF=371 si se recalculeaza lungimea AnS

LAnS=371∙9m=3339 m

27

17Alegerea 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

garnitura stanga) [1]

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 masa rotativă 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 (658 REG) in timpul forajului după tubarea unei coloane de burlane prăjina

de antrenare trebuie uneori schimbată ndash diametrul cepului 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 de lucru 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 [1]

28

Fig 171 Prăjina de antrenare forjată a ndash pătrată b ndash hexagonală

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

Alegerea 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-cep

Se prefera alegerea unei prajini de antrenare forjate deoarece nu necesita reductii de legatura

proprii asa cum este cazul prajinii laminate

29

Fig172 Reducţii de legătură icircntre prăjina de antrenare (PA) şi racordul special (RS) denumite RLRS a ndash

reducţie dreaptă (pentru icircmbinări filetate cu aceleaşi dimensiuni) b ndash reducţie icircn trepte (pentru icircmbinări filetate cu

dimensiuni diferite)

Se alege o prajina de antrenare forjata patrata avand elementul de imbinare superioara de

tipul mufa cu filet stanga de tipul 658 REG pentru asamblarea cu reductie cap hidraulic(RLCH)

Pentru ansamblul superior al garniturii de foraj s-a stabilit ca se iau prajini de foraj de 4 12 in cu

racorduri speciale sudare(RSS) cu IEI si tipodimensiunea IFU NC 46

Ca urmare conform tabelului 1 aplicatia 7 se alege prajina de antrenare in varianta

constructiva 1(standard) cu dimensiunea nominala de 4 frac14 in Se foloseste o RLPA dreapta de

tipul mufa(NC46)-cep(NC46) ca in figura 172 a

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 infDPA

mm(in)DPAi mm

a mm

lPA m

mPAkg

1cep

6 58 REGmufăNC46

mufă6 58

REG

cepNC46

A (dreapta) NC46-NC46

108(4 14)

714 108 12192 800

30

18 Alegerea tipului de instalatie de foraj

Instalaţia de foraj reprezintă totalitatea maşinilor utilajelor si instalaţiilor necesare săpării unei sonde

Studiul pe sisteme al instalaţiilor de foraj corespunde principalelor operaţii care se efectuează

pentru forarea unei sonde precum si principalelor grupe de maşini si utilaje care intra in

componenta acestor instalaţii

Sistemele de lucru ale unei instalaţii de foraj sunt

1 Sistemul de manevra mdash SM- cu ajutorul căruia se realizează ridicarea si coboracircrea

sarcinilor

2 Sistemul de circulaţie - SC - care asigura circulaţia fluidului de foraj

3 Sistemul de rotire - SR - care realizează rotirea garniturii de prăjini in timpul forajului

In cazul instalaţiilor de foraj transportabile apare si sistemul de transport

Pentru asigurarea condiţiilor de funcţionare a sistemelor de lucru instalaţia de foraj mai

cuprinde sistemul de comenzi instalaţia de preparare si curăţare a fluidului de foraj dispozitive

de mecanizare si automatizare ansamblul de scule materialul tubular [1]

Alegerea instalaţiei de foraj se face pe baza sarcinii maxime utile (sarcinii maxime de lucru) FM (V APLICATIA 9)

In aplicatiile anterioare s-au determinat greutatile fiecarei coloane de burlane si anume

GCI(I)= 1413516 kN GCE= 722187kN

Rezulta ca cea mai grea CB GCBM=max GCI(I) GCE=1413516 kN

S-au ales pentru forajul putului de exploatare prajini grele cu DPG=6 in=1524 mm

DPGi=2 1316 in= 715 mm m1PG = 1115 kgm qPG=1094kNm LAnPG=135 m

Se determina greutatea AnPG

GAn PG=qPGsdotL An PG

(181)

si se obtine

GAnPG=1094kNm135m=14769kN

Greutatea unitara a PFse calculeaza folosind formula

qPF=m1 PFsdotg (182)

qPF=33kgm

sdot9 81m

s2=323 73

Nm

31

Greutatea AnS va fi

GAn S=qPFsdotLAn S (183)

GAn S=323 73Nm

sdot3 339sdot103 m=1080 934kN

Greutatea GarF se obtine insumand greutatea AnPG si greutatea AnS

GGar F=GAn PG+GAn S (184)

Se obtine

GGar F=147 69 kN+1080 934 kN=1228 624 kN

Se considera ca cea mai grea GarF este garnitura utilizata pentru forajul putului de exploatare

GGar F M=1228 624 kN

Alegerea IF se face pe baza sarcinii nominale de la carlig si a tipului de actionare

FM =max FM T FM D (185)

Sarcina maxima utila de tubare se calculeaza cu formula[1]

FM T

=GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+(1+kmf( M ) )sdot

ac

( M )

g ] (186)

in care

k r(M )estecoeficientul fortei de frecare la ridicarea coloanei de burlane intre peretele putului si

fluidul de foraj k mf(M )minusiquestcoeficientul de masa al fluidului de foraj din interiorul coloanei aderent la

coloana ac(M )- acceleratia miscarii carligului in cazul ridicarii sarcinii normale

kDij- coeficientul diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

ρ0 ndashdensitatea otelului din care sunt confectionate burlanele

ρf -densitatea fluidului de foraj

Coloana fiind considerată plină cu fluid de foraj cu aceeaşi măsură a densităţii ca şi aceea

din interiorul puţului forat coeficientul k mf(M ) se determină cu formula [1]

k m f=ρf

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1] (187)

unde DCB este diametrul nominal al CB GCBM ndash greutatea celei mai grele coloane de burlane Sfa- grosimea startului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al coloanei de burlane

32

LCB ndash lungimea CB lj ndash lungimea tronsonului de ordinul j kDij ndash coef diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

K Dij=Dibj

DCB

(188)

Pentru CI(I) de 858in vom avea

DCI(I)=858in= 2191 mmntCI(I)=6

sB jisin 10 16 10 16 8 94 10 16 10 16 11 43 mmDi B jisin 198 8 198 8 2012 198 8198 8 196 8 mm

k Di jisin 0 907 0 907 0 918 0 907 0 907 0 898 l jisin 255 325 460 520 395 705 m

LCI(I)=HCI(I)=2660m

=125tm3

sf a=0 653 mm grosimea stratului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al CB

iquestsumj=1

6

(1minusk Di j2 )sdotl j=

(1-09072)sdot255+(1minus09072 )sdot325+(1-09182 )sdot460+ (1minus09072 )sdot52 0++ (1-09072)sdot39 5+(1minus0 8982)sdot705=473 972 m

Se admite

k r(M )=02

si ac

(lt M )=1 ms2 Se obţine

Sarcina maxima utila la tubare

FM T =1413 516 kN sdot[(1minus1 25 t m3

7 85 t m3 )sdot(1+02 )+ (1+0 745 )sdot 19 81 ]=1677 556 kN

Sarcina maxima utila de degajare a celei mai grele garnituri de foraj se determina cu relatia[1]

FM D =GGar F Msdot(1minus ρ f

ρo)+FD M

FD M este forta de degajare maxima FD M =300kN

33

k m f(M )=

ρ f

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

5

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1]=

Măsura lui FDM se apreciază icircn funcţie de măsura lui HM conform tabelului 1 aplicatia 9

FM D =1228 624 kNsdot(1minus1 25 t m3

7 85 t m3)+300 kN=1332 983

kN

Conform rezultatelor de mai sus se obtineFM

=max 1677 556 1332983 kN=1677 556 kN 9 81≃171 0047 tf

Ca urmare se poate alege o IF transportabilă pe cale terestră pe subansamble (SAn) din clasa F 200 (vezi [1])

Tipul acţionării se alege icircn funcţie de posibilitatea de alimentare cu energie electrică a IF icircn

zona de amplasare de instalaţiile aflate icircn dotarea firmei de foraj şi de costul comparativ al

combustibilului şi al energiei electrice din perioada cacircnd o să lucreze instalaţia icircn situaţia icircn care

firma dispune de instalaţii cu acţionări neautonome sau autonome

Se admite că situaţia din zona de amplasament a IF impune o acţionare de tipul DH Avacircnd

icircn vedere acest lucru rezultă că se poate alege o IF de tipul

F-200-2DH (T(SAn))

19 Concluzii

Pe baza datelor luate din materialul didactic si standardele nationale cat si internationale s-a

facut un calcul teoretic de alegere al instalatiei de foraj Luand in consideratie ca mediul real poate

aduce un aport negativ asupra calculelor teoretice in rezultatele prezentate mai sus s-au luat niste

coeficienti de siguranta care sa acopere riscurile posibile totodata s-a constatat ca desi pentru

Sonda 7 Pacurari este necesara o instalatie mai mica decat cea aleasa am fost nevoit sa aleg anume

F200-2DH deoarece conditiile tehnico-economice presupun utilizarea tipului utilajului folosit deja

in industria petroliera si standardizat conform normelor STAS si API

2 PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

21 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

34

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

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 arborele 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 [1]

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 MBM 820 cu supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului DH de tipul GF-820+CHC-750-2 sunt

prezentate icircn fig 21 Se analizează dependenţele funcţionale reprezentate de aceste curbe (vezi

aplicatia 13)

35

Fig 2 1 Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului de acţionare de tipul DHformat din GF 820 şi CHC-750-2 pentru reglarea motorului diesel la sarcină plină

şi funcţionarea lui cu gradul maxim de accelerare (la care puterea maximă amotorului este puterea nominală Pn) şi funcţionarea lui cu gradul maxim deaccelerare MI MII ndash momentul dezvoltat la arborele primar (I) respectiv laarborele secundar (II) al CHC ωI ωII ndash viteza unghiulară PI PII ndash puterea

ηCHC ndash randamentul CHC

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (210)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (211)

Tabel 311 Parametrii functionali ai grupului de actionare GF-820 + CHC-750-2

36

Fig 211 Curba caracteristica exterioara a CHC este o caracteristica flexibila cresterea momentului rezistent este

preluata de CHC prin reducerea importanta a vitezei unghiulare a arborelui secundar

Din aceste grafice se deduce ca pentru ηm= 07 DEF al CHC-750-2 reprezentat prin ηCH ϵ

[0700 0847] nII ϵ [275 950] rotmin MII ϵ [14730 4000] kNm

Din datele obinute rezulta avantajele utilizarii CHC in cadrul GA de tipul DH

1 CHC lucreaza ca un variator continuu de viteza adica ωII se modifica automat si continuu odata cu variatia momentului rezistent aplicat arborelui secundar astfel se spune ca CHC isi regleaza regimul de functionare deci CHC permite o autoadaptare a GA la sarcina

2 Utilizarea CHC simplifica lantul cinematic al IF37

3 CHC protejeaza motorul Diesel impotriva suprasarcinilor si a socurilor transmise de la antorul sistemului de lucruinclusive in situatia blocarii secundarului

Fig 212 Curbele caracteristice pentru sarcina plina ale motorului MBM-820 si curba puterii in functie de sarcina plina a aceluiasi motor

22 Alegerea modului de acţionare

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

38

Instalaţiie 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[1]

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

39

Fig 221 Schema structural-functionala a unei instalatii de foraj cu mod de actionare centralizatin varianta MAC2 cu

actionare DH

S-a ales varianta MAC2 in care PN este actionata separat formand impreuna cu GA si transmisiile mecanice respective un grup motopompa (GMP) dupa cum TA este DH vezi 1[1])

23 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

1 pompe centrifuge pentru hidrocicloane2 site vibratoare 3 agitatoare4 pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de foraj5 pompe centrifuge pentru apa6 pompe centrifuge pentru chimicale7 pompe pentru reziduuri8 pompe pentru combustibil9 comanda hidraulica a prevenitoarelor10 instalaţie pentru uscarea aerului11 agregate pentru icircncălzire12 maşini-unelte13 agregat pentru sudura

40

14 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

Tabel 231 Consumatorii auxiliari de forta utilizati in cadrul IF de tipul F200-2DH si puterea lor

NrCrt

Denumirea consumatorilor Puterea motorului

kW

NrmotoarePuterea totala

kW

A Instalatia de foraj propriu-zisa

1 Site virbatoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 10 75

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa racire troliu 75 1 75

5 Pompa apa racire frina hidraulica 75 1 75

6 Pompe instalatie amestec chimicale 3 2 6

7 Pompe combustibil 3 2 6

8 Pompe ulei 15 1 15

9 Pompe de preparare a fluidului de foraj 75 2 150

10 Pompa baterie denisipare 55 1 55

11 Pompa baterie desmiluire 50 1 50

12 Instalatie degazeificare 5 1 5

13 Degazeificator 30 1 30

14 Instalatie de preparare centrifuga 20 3 60

15 Instalatie transport material pulverulent 4 1 4

16 Dispozitiv salvare garnitura 20 1 20

17 Dispozitiv strins-slabit 11 1 11

18 Dispozitiv manevra prajini grele 75 1 75

19 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

20 Pod tubaj reglabil 75 1 75

21 Instalatie comanda prevenitoare 11 1 11

41

22 Instalatie de uscare aer 15 1 15

23 Instalatie iluminat normal 18 1 18

24 Instalatie iluminat siguranta 08 1 08

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

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

PCsAF = 5928 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

24 Calculul puterii instalate

Puterea instalata a IF (Prsquo) reprezinta puterea motoarelor utilizate pentru actionarea

antoarelor principale a celor auxiliare si pentru actionarea celorlalte utilaje si instalatii folosite

pentru executarea diverselor operatii auxiliare

Prsquo = P + PCsAF (241)

P = n Pn (242)

Pn-Puterea nominala a motorului MB820 Pn= 655 kW

n-numarul de motoare folosite

P = (2+2) ∙ PnP = (2 + 2) 655kW = 2620 kW

Prsquo= 2620 kW + 5928 kW = 32128 kW

25 ConcluziiIn capitolul 2 s-au ales grupurile de actionare Alegerea s-a facut pe baza analizei

parametrilor motoarelor si caracteristicile acestora s-a evidentiat modul de utilizare al acestor

grupuri de actionare astfel incat sa fie satisfacute conditiile de tehnologicitate si economicitate

Acest lucru s-a facut pentru a obtine niste parametri de lucru cat se poate eficienti si economici

deoarece in cazul neindeplinirii uneia din conditii se pot intampla atat stagnari ale procesului

normal de foraj (uneori poate chiar si cu consecinte catastrofale) cat si pierderi financiare mari

42

3 ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ SI PREZENTAREA PARAMETRILOR SI CARACTERISTICILOR LOR

31Alegerea capului hidraulic

Fig31 Secţiune prin CH (reprezentare schematică (a) şi reprezentare constructivă (b))1 ndash corp (oală) 2 ndash bolţ 3 ndash toartă (biglu) 4 10 ndash rulment cu role cilindrice (de ghidare) 5 11 ndash garnituri de

etanşare 6 ndash rulment axial principal cu role conice 7 ndash fus 8 ndash reducţie 9 ndash rulment axial secundar cu bile 12 ndash felinar (capac) 13 ndash lulea 14 ndash piuliţă inferioară 15 ndash ţeavă de spălare 16 ndash cutie de etanşare 17 ndash etanşarea icircntre

partea superioară a ţevii de spălare şi lulea 18 ndash piuliţă superioară 19 ndash şuruburi de fixare

Capul hidraulic [1] (CH) este un utilaj care face parte din ansamblul de antrenare a GarF

El reprezinta nodul de legatura intre cele trei echipamente principale (EqPr) ale IF echipamentul

de circulatie (EqC) echipamentul de rotatie (EqR) si de manevra (EqM)

CH este suspendat in ciocul cirligului triplex cu ajutorul toartei sale La randul sau CH sustine

garnitura de foraj prin intermediul reductiei de legatura si al prajinii de antrenare De luleaua CH

se monteaza furtunul de noroi

43

Ca urmare functiunile CH sunt

1 Sustinerea GarF in timpul forajului

2 Permiterea rotatiei GarF

3 Conducerea fluidului de forajsub presiunede la FN la PA prin lulea teava de spalare

fus si RLCHin cazul circulatiei directe

Marimile fizice principale ale CH1 marimile functionale

- sarcina de lucru maxima

- turatia maxima a fusului

- presiunea maxima a fluidului de foraj

2 marimile dimensional-constructive

- diametrul interior al tevii de spalare

- tipo-dimensiulnile de legatura

3 marimile de anduranta

- sarcina limitacapacitatea in functie de rulmentul principal

- durabilitatea rulmentului principal

- durabilitatea etansarii tevii de spalare

Fig 31 Capul hidraulic (CH) montat icircn ciocul cacircrligului icircn timpul forajului

Alegerea capului hidraulic se face pe baza sarcinii maxime de lucru (FCH M

) si trebuie sa echipeze instalatia de foraj F200-2DH [1]

44

FCH M

geF M

(31)

FM =200 tf

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

(32)

Capetele hidraulice construite icircn Romacircnia sunt tipizate conform SR 5736 [66] care este

elaborat icircn concordanţă cu API Spec 8A [67] şi API Spec 8C [68]

Din tab 62 Cap 6 6 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH ndash 320 (ndash40degC) SR 5736

necesar instalaţiei de foraj alese F200

CHndash320 (ndash40degC) SR 5736 este un cap hidraulic echipat cu rulment axial-oscilant cu role

butoi cu sarcina maximă de lucru de 320tf care lucrează icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash

40degC

Conform SR 5736 acest tip de CH se caracterizează şi prin

Sarcina limită sau capacitatea maximă icircn funcţie de rulmentul principal FRLCH=147tf

pM = 35MPa nM = 300 rotmin di = 762 mm LP 4 (filetul de legătură al lulelei cu FF) 6⅝

REG LH (filetul de legătură cu RLCH)

32Alegerea ansamblului macara carlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 32 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]

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia [1]

FMC ge FCM (321)

Din tab32 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32-1250 MC -300 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii

45

Tabel 31 Caracteristicile Ansamblului Macara-Carlig

Tabelul 32 Tipurile de macarale-cacircrlig construite icircn Romacircnia şi caracteristicile lor (cf [69])

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (32)

GMC =8610t middot 981 ms2 = 84464 kN

46

UnMas F200Denumire 5-32MC-300

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300

Nr Roti manevra - 5

Diam cablului mm 32

Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140

Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in f-ie de rulmenti US tonf 347

Masa t 8610

Fig 32 Construcţia ansamblului-cacircrlig mono-bloc 1 ndash cacircrlig triplex 2 ndash bolţ 3 ndash pahar şi rulment axial 4 ndash tijă 5ndash piston 6 ndash arcuri de destindere 7 ndash piesă de legătură icircntre ansamblul cacircrligului şi macara 8 ndash axul macaralei 9 ndash role 10 ndash rulmenţii macaralei 11 ndash plăci laterale

33Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul de foraj reprezinta partea fixa a masinii macara-geamblac Se monteaza in

grupul mastului pe grinzi numite coroana geamblacului Este format dintr-un ax pe care se

monteaza un anumit numar de role (z+1) prin intermediul unor rulmenti Fiecare rola se misca

independent de celelalte (z-numarul de role de la macara) [1]

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

-geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţie romacircnească Avantajul acestui tip

constructiv este acela că este o construcţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

- 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

47

c geamblacul de foraj din două blocuri

- geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se pot roti şi interschimba asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

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

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

a geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

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

b geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

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 ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia [1]

Fig 331 Geamblac cu o roata separata

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 332

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

Alegerea geamblacului de foraj se face in functie de sarcina de lucru maxima de diametrul cablului utilizat de tipul cablului de manevra de tipul macaralei respectiv de tipul ansamblului macara-carlig

48

Pentru instalatia F200-2DH se alege unul din geamblacurile tipizate care sa indeplineasca cerintele impuse

Fig 33 2Geamblac monobloc 1 ndash suport (prin care GF se montează prin şuruburi de coroană ramă) 2ndash ax 3 ndash rolă roată 4 ndash rulment radial-axial cu role conice pe două racircnduri 5 ndash disc distanţier 6 ndash bucşă distanţieră 7 ndash ungător cu bilă (folosit pentru ungerea consistentă a rulmenţilor) (canalele de ungere sunt practicate icircn plan orizontal) 8 ndash placă de presare 9 ndash apărătoare

Pentru instalatia de foraj F 200 se va folosi un geamblac A 6 -32-1250GF-300 (-400C)(vezi [1] cap 54 tab56)adica geamblac de foraj cu 6 roţi role pe ax cu diametrul cablului de manevră de 32 mm

diametrul exterior al rolei de 1250 mm sarcina maximă de lucru 300tfşi temperatura de lucru de ndash

40degC Din tabelul 56 Cap 5 [1]se observă că acest tip de geamblac face parte din clasa

echipamentului (de manevră) 450

Tabel 33 Caracteristicile GeamblaculuiUnMas

Denumire 6-32GF-300Sarcina maxima la coroana geamblacului tf 400

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300Nr Roti manevra - 6

Diam cablului mm 32Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in functie de rulmenti US tonf 416Masa t 28

49

34Alegerea elevatorului 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

Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane de tubare (B-ElPCB) (bdquocasing slip

elevator-spiderrdquo icircn lb en) este o sculă de manevră care se foloseşte icircn timpul tubării puţurilor

atacirct pentru susţinerea coloanei de burlane (CB) ca broască cu pene aşezată pe masa rotativă

(MR) cacirct şi pentru săltarea din penele broaştei şi introducerea coloanei icircn puţ ca elevator (cu

pene) Deci aceste scule se folosesc icircn pereche icircn timpul tubării puţurilor una aşezată pe MR

susţine CB prin icircmpănare icircndeplinind funcţia de broască cu pene (vezi fig 341) iar cealaltă

care este susţinută icircn chiolbaşi avacircnd rolul de elevator (cu pene) se prinde tot prin icircmpănare pe

burlanul care s-a adăugat prin icircnşurubare la coloană saltă CB din broasca cu pene şi o susţine icircn

timpul introducerii ei icircn sondă (vezi fig 342)

Fig 342 Tragerea burlanului pe jilip cu ajutorul unui elevator de tras burlane pentru a fi icircnşurubat icircn

coloana susţinută icircn broasca cu pene

50

Fig 343 Varianta de elevator (cu pene) (cu inel ridicător) a broaştei-elevator cu pene cu două semicorpuri care este susţinută icircn ochiurile inferioare ale chiolbaşilor (11) icircn timpul introducerii coloanei de burlane (12) icircn puţul care se tubează 1 ndash corp carcasă 2 ndash umăr 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă de siguranţă 5 ndash corp de pană 6 ndash bacuri 7 ndash pacirclnie de ghidare 8 ndash cadru ridicător 9 ndash icircmpingătoare 10 ndash mecanism cu pacircrghii de ridicare

Din punct de vedere funcţional se deosebesc tipurile bull broască cu pene (BP) bull elevator cu pene (ElP)

Fig344 Broasca-elevator cu pene

51

In figura 344 este reprezentata Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane (broasca cu pene icircn partea de sus stanga elevatorul cu pene icircn partea dreapta şi vedere de sus a elevatorului cu pene icircn partea de jos) 1ndash corp 2ndash umăr braţ superior 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă (siguranţă pentru chiolbaşi) 5 ndash poartă uşă 6 ndash pene 7 ndash bacuri 8 ndash placă de sprijin (pe masa rotativă) 9 ndash guler de protecţie şi ghidare 10 ndash pacirclnie de ghidare HB ndash icircnălţimea broaştei cu pene HE ndash icircnălţimea elevatorului cu pene l ndash lăţimea broaştei-elevator

Alegerea elevatorului cu pene se face din conditiile urmatoare

FPgtFCBM

(341)

unde

FPleFBminusEl PCB

(342)

Studiind oferta companiei STEROM SA Cacircmpina conform ([1] cap 8 tab88) se alege un elevator cu pene de tipul

B-ElPCB 4frac12 ndash 13⅜ in x 350 ts (9⅝ x 275 ts x 8⅝) (ndash 45ordmC)

icircnseamnă broască-elevator destinată utilizării pentru burlane cu diametrul nominal cuprins

icircntre 4frac12 in şi 13⅜ in (inclusiv) cu sarcina nominală (sarcina maximă de lucru) de 350 ts (320tf)

echipată cu pene set de pene de 958 in cu sarcina nominală (maximă de lucru) de 275 ts (250 tf)

icircn care sunt montate bacuri de 858 in adică această broască-elevator este echipată pentru susţinerea

unei CB de 858 care determină icircn timpul manevrei ei o sarcină maximă la cacircrlig de cel mult 275ts

(250 tf) Ea este executată să lucreze icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash 45 ordmC

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

21t∙981ms2 =20601kN

35 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatorul pentru prăjini de foraj (ElPF) (bdquodrill pipe elevatorrdquo icircn lb en) este o sculă de

manevră care se foloseşte pentru susţinerea garniturii de foraj (GarF) icircn timpul extragerii şi

introducerii ei icircn sondă El prinde sub mufa PF şi este agăţat prin umerii săi icircn ochiurile

inferioare ale chiolbaşilor

ElPF se compune din

52

ndash două corpuri articulate care se icircnchid pe PF prevăzute cu cacircte un umăr cu care se suspendă icircn

ochiurile inferioare (mici) ale chiolbaşilor

ndash icircnchizatorul celor două corpuri

ndash eclise cu bolţuri prinse icircn umeri pentru asigurarea contra ieşirii chiolbaşilor

Elevatoarele se deosebesc prin forma lor modul de icircnchidere a celor două corpuri şi forma

suprafeţei de rezemare a prăjinilor

Din punctul de vedere al icircnchiderii se diferenţiază

ndash ElPF cu icircnchidere centrală (ElPFIcircC)

ndash ElPF cu icircnchidere laterală (ElPFIcircL)

După forma suprafeţei de sprijin al PF se disting

ndash ElPF cu scaun drept (ELPFSD) deci cu suprafaţă de rezemare dreaptă folosite pentru

manevrarea prăjinilor de foraj cu racorduri speciale sudate cu umăr drept (RSSUD) sau cu

racorduri icircnfiletate [1]

Fig 351 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun conic

ndash ElPF cu scaun conic (ElPFSC) care dispun de o suprafaţă de rezemare interioară tronconică cu unghiul de icircnchidere standardizat de 18deg ca şi mufele racordurilor speciale sudate cu umăr conic (RSSUC)

53

Fig 352 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun dreptElevatoarele sunt tipizate prescripţiile generale fiind prevăzute de API Spec 8A [85] şi

Spec 8C [86] Icircn fig 88 este reprezentat un ElPF cu scaun conic iar icircn fig 89 un ElPF cu scaun

drept

In figura 34 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic

Fig 34 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Alegerea elevatorului pentru prajini se face in functie de tipul prajinilor de foraj

1 Daca prajinile sunt cu recorduri speciale infiletate atunci cu scaun drept

2 Daca prajinile sunt cu racorduri speciale sudate atunci cu scaun conic

La alegerea elevatorului trebuie indeplinita conditia

FElgtFGar FMn

(sarcina normala utila de la carlig) (351)

icircn care FGar FM

este sarcina maximă care apare icircn timpul manevrării garniturii pacircnă la adacircncimea

maximă de foraj a puţului respectiv

54

Pentru că prăjinile de foraj sunt cu RSSUC si FGar FM

=122863kN conform tabelului 85

[1] cap 8 se alege un elevator cu scaun conic cu urmatoarea nominalizare

Elevator cu scaun conic 4frac12 x 1214 x 250 adica

elevator cu scaun conic cu dimensiunea nominală de 4frac12 ( pentru prăjini de foraj cu

RSSUC cu diametrul nominal de 4frac12 DPF = 4frac12) cu diametrul interior de 1214 mm (ceea ce

icircnseamnă că se utilizează pentru prăjini cu capetele fie cu II fie cu IEI (conform tabelului 85 cap

8) şi cu sarcina maximă de lucru de 250 tf cu masa mEl=1828kg conform NR 05-1018R STEROM

SA

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

ELpF= mEl middot g (253)

GEl = 1828 kg middot 981 ms2 = 18 kN

36Alegerea chiolbasilor

Chiolbaşii (Ch) (bdquothe drilling linksrdquo bdquoelevator linksrdquo icircn lb en) denumiţi şi bdquobraţele de

elevatorrdquo sunt scule de foraj care fac legătura icircntre cacircrlig şi elevator fiind utilizaţi icircn timpul

manevrei garniturii de foraj (GarF) şi coloanelor de burlane (CB)

Ei se agaţă cu ochiurile superioare de umerii cacircrligului şi susţin cu ochiurile lor inferioare

elevatorul prin umerii acestuia (vezi fig 361) Astfel sarcina datorată GarF sau CB este

preluată prin intermediul elevatorului de către Ch care o transmit cacircrligului [1]

55

Fig 361 Ansamblul format din macara-cacircrlig chiolbaşi şi elevator icircncare este susţinută garnitura de foraj icircn timpul manevrei acesteia

Din punct de vedere al sarcinii de lucru exista 3 tipuri de chiolbasi

1 Usor (sarcini mici)

2 Mediu (sarcini medii)

3 Greu (sarcini mari)

Tipul usor are forma de za alungita iar cel mediu si greu ndash de bara prevazuta la ambele capete cu

ochiuri

Chiolbasii se executa prin forjare in matrita dintr-o singura bucata de otel slab aliat de

constructii pentru a se asigura o rezistenta mare atat prin fibrajul obtinut prin procedeul tehnologic

respective cat si prin compozitie si prin TT folosit

Fig 362 Diferite tipuri de chiolbaşi

Alegerea chiolbasilor se face in functie de sarcina de lucru si de lungimea nominala

Fig 363 Tipurile de chiolbaşi şi dimensiunile lor principale a ndash chiolbaş de tipul uşor b ndash chiolbaş de tipul mediu c ndash chiolbaş de tipul greu C2 ndash raza de curbură interioară a ochiului superior G1 ndash raza de curbură interioară a ochiului

56

inferior D2 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului superior cu umărul cacircrligului H1 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului inferior cu umărul elevatorului d d1 ndash diametrul barei L ndash lungimea de lucru (dintre

punctele de sprijin pe umărul cacircrligului şi pe umărul elevatorului)

Conform normelor prevazute pentru F200-2DH se aleg chiolbasi de tip greu serie Chiolbaşi 69 x 2100 x 320

Gama de sarcini Fch = 320 tf perDimensiuni principale- d1 = 85 mm- C2 = 108 mm

- G1 =70 mm- D2 = 34 mm - H1 = 345 mm- Lungimea totala Lch = 2100 mm- Masa netă informativă mch = 247 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (36)

GCh = 247 kg middot 981 ms2 = 243 kN

37Alegerea cablului de manevra

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

1 la manevră cablul de manevră sau de foraj

2 la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcărit

3 la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancoră

4 pentru rabaterea turlei cablul de praştie

5 la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electrici

Cablurile 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

57

1 de acelaşi diametru 5 la fire2 de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 371)

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

Fig 371 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

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

1 organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)

2 metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)

3 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 ]

58

Fig 372 Cablarea a ndash icircnfăşurarea spre dreapta b ndash icircnfăşurarea spre stacircngac ndash cablarea icircn cruce stacircnga (ZS) d ndash cablarea icircn cruce dreapta (SZ)e ndash cablarea paralelă dreapta (ZZ) f ndash cablarea paralelă stacircnga (SS)

Alegerea cablului se face pe baza sarcinii sale reale minime de rupere (Srm) astfel icircncacirct să fie satisfăcută condiţia de rezistenţă (vezi [1])

Srm gecM middot FM (37)

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

CM - coeficientul de siguranţă pentru operatiile de tubare si instrumentatie care se accepta egal cu

valoarea 2 conform API Spec9B iar FM ste forta maxima din RA a infasurarii cablului Ea se

determina cu expresia[1]

(372)

in care FM este forta totala care actioneaza asupra ramurilor din cablu z ndash nr de role de la macaraηMminusG - randamentul masinii macara-geamblac la ridicareRandamentul masinii macara-geamblac la ridicare se obtine cu relatia (cf[1])

ηMminusG=β2 ∙Zminus1

2 ∙ Z ∙ β2 ∙Z ∙ ( βminus1 ) (373)

unde β este inversul randamentului unei role

β= 1ηRo

(374)

pentru care se admite valoarea β =104 conform API iar ηRo =096 (API) randament role

59

FM=FM

2sdotzsdotηM minusG

Conform tipului de ansamblu MC ales z =5 Atunci rezultă

ηMminusG =

1 04225minus12sdot5sdot1 042sdot5 (1 04minus1 )

=0 811

Forţa F M se calculează cu expresia (conform [1])

FM =F M +GoTsdot(1+

ac(M )

g )

(375)

unde FM

este sarcina maxima utila la carlig GoT - greutatea moarta la tubare g- acceleratia

gravitationala g= 981 ms2 ac(M )

- acceleratia miscarii carligului are valori cuprinse in domeniul

[0515]∙ ms2

Greutatea moartă la tubare se determină ţinacircnd cont de greutatea elementelor ansamblului

MC a chiolbaşilor (Ch) a elevatorului cu pene (ElP) şi a ramurilor de cablu dintre macara şi

geamblac

GoT =

GMC+G ch+GEl P+GCM

(376)

Deoarece la acest moment nu se cunoaşte tipodimensiunea cablului şi ca urmare masa sa unitară se face aproximaţia

GoT iquestGMC+G ch+GEl P (377)

rezulta

GOT=8446 kN+243kN+20601 kN=1075 kN

Ştiind tipul IF se determină

FM

=200tf= 200∙981 =1962kNSe accepta

ac(M )=1 m s2

si se obtine

FM =1962 kN+107 5 kNsdot(1+ 19 81 )=2080 46 kN

60

Se calculeaza

F =

2080 46 kN2sdot5sdot0 811

=256 531 kN

Se determină sarcina reală minimă de rupere necesară a cablului cu formula

Srmnec gecM middot FM (378)

c M=2 ( conform API) si rezulta

Srmnec =2∙256531kN=513062kN

Se alege un cablu Seale cu o măsură a lui Srm astfel icircncacirct să fie icircndeplinită condiţia următoare

Sr mgtSr m nec

(379)

Ca urmare din [1] tabelul 52 se constată că se poate alege

Cablu Seale 6x19-32-1570 SZ STAS1689-80

caracterizat prin

nT=6 nr toroane

n f=19=1+9+9 nr fire din fiecare torondc=32 mm diametrul nominalRm=1570 MPa rezistenta minima de rupere a sarmelorSr m=531 32 kN sarcina reala minima de rupered0=3 mm diametrul sarmelor centraled1=1 45 mm diametrul sarmelor intermediared2=26 mm diametrul sarmelor exterioarem1 C=3 89 kg m masa unitara

Tipul cablării cruce dreapta (SZ) adică sensul de icircnfăşurare a firelor icircn toron este spre stanga(S) iar sensul de icircnfăşurare a toroanelor icircn cablu este spre dreapta (Z)Sr m=531 32gtSr nec=513 062 kN

Deci conditiaSr mgtSr nec este satisfacuta

Se reia calculul pentru verificare

61

Trebuie sa recalculam FM tinand cont si de greutatea cablului GCM

GCM =2sdotzsdotlr CM(M ) sdotqc (3710)

qc - greutatea unitara a cabluluiqc =m1 Csdotg (3711)

qc =3 89 kg msdot9 81 m s2=38 161 N mlr CM(M ) =(15 m+lp )+sminuslb (3712)

lr CM(M )

=(15 m+27 m)+65 mminus9 m=26 m

in care s=65m ndash spatiu de siguranta lb=9m lungimea unui burlanlp=27m lungimea pasului

GCM=2sdot5sdot26 msdot38 161 N m=9 922 kN

GoT=107 5 kN+9 922kN=117 422kN

Pentru IF F200-2DH vom avea

F =

2091 413 kN2sdot5sdot0 811

=257 88 kN

c M=Sr m

F c M=531 32kN

257 88 kN=2 06gtc=2

Tabelul 375 Parametrii caracteristici ai cablurilor Seale 6 x 19 conform STAS 1689-80

38 Alegerea troliului de foraj

62

FN=200sdot9 81kN+117 442kN (1+ 19 81

)=2091 413kN

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

Se calculeaza coeficientul pierderii de presiune din interiorul PG cu formula

α PGi=

8π 2

sdotλPG i

DPG i5

in care

(144)

λPGi reprezinta coeficientul de rezistenta hidraulica liniara si are o valoare constanta si anume (conform [1])

λPGi=002

- pentru DPGi= 572 mm

α PGi=

8π 2

sdot 0 02

(5 72sdot10minus2 )5 m5= 8

π2sdot2sdot10minus2sdot1010

5 725 m5= 8

π2sdot20000sdot104

5 725 m5=26475sdot104 mminus5

- pentru DPGi= 715 mm

α PGi=

8π 2

sdot 0 02

(7 15sdot10minus2)5 m5= 8

π2sdot2sdot10minus2sdot1010

7 155 m5= 8

π 2sdot20000sdot104

7 155 m5=0 8675sdot104 mminus5

Daca se alege masura mai mica a diametrului interior atunci lungimea AnAd va fi mai mica

dar fara sa se evite fenomenul de flambaj deoarece aceasta lungime este mai mare decat 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 alege PG cuDPG= 6 in= 1524 mm DPgi = 2 1316 in= 715 mm IFU de tipulNC 44 m1PG = 1115 kgm

Mir=244kNm (momentul de insurubare recomandat) i=W M

( lC)

W C(1905 )=284

Se observa ca i=284gtiopt= 25 ceea ce inseamna ca imbinarea filetata cu umar a PG asigura o rezistenta mare la oboseala in sectiunile sale critice (Vezi [1])

14Verificarea la flambaj a ansamblului de prajini grele

141 Determinarea lungimii ansamblului de adancime

Pe baza datelor obtinute anterior se calculeaza lungimea ansamblului de PG (LAnAd) cu formula (vezi [1])

18

LAn Ad=FS

c L ∙qPG ∙(1minusρf

ρo)∙ (cosθminusμa sinθ)

(151)undeFS este forta de apasare pe sapa ρ f -densitatea fluidului de foraj(150tm3) ρ odensitatea otelului(785tm3) LAnPG este lungimea ansamblului de prăjini grele in m

qPG ndash greutatea unitara a PG CL ndash coeficientul lungime Fs ndash forta de apasare pe sapa Ө - unghiul mediu de deviere al sondei fata de vertical g ndash acceleraţia gravitaţională in ms Densitatea fluidului de foraj se poate aprecia cu expresia empirică(cf [8])

ρ f=125+025∙ ln (H ∙10minus3) (152)

ρ f=[125+025∙ ln (35 ∙ 103 ∙10minus3 ) ] t

m3=1563 t m3

Din conditiile tehnologice se alege ρf =15 tm3 (vezi Ap 1)Se calculeaza greutatea unitara a PG

qPG=m1 PGsdotg (153)

qPG=1115kgm

∙981m

s2=109382

Nmcong 1094

kNm

Se calculează forţa de apăsare pe sapă (cf [8])

FS=(03+7 5sdot10minus5sdotH )sdotDS

(154)

FS=(03+75 ∙ 10minus5 ∙35 ∙103)∙ 1715 kN= 9647 kN

Se calculeaza lungimea ansamblului de PG cu expresia (151)

LAn PG=9647 kN

0 85sdot1 094 kN msdot(1minus 157 85 )sdot(cos 30minus03sdotsin 30)

=130 475 m

Өiquest30

Se determina numarul de PG cu relatia

nPG=L An PG

lPG (155)

Unde lPG reprezinta lungimea unei prajini grele Daca se admite pentru lPG

19

masura normala care este egala cu 9m atunci se obtine

nPG=130 475m9 m

=14 49≃15

Se alege nPG=15 si se recalculeaza LAnPG

LAn PG=15sdot9m=135 mSe recalculeaza coeficientul de lungime al AnPG

c L=96 47 kN

135 msdot1 094kNm

sdot(1minus 157 85 )sdot(cos 30minus03sdotsin 30)

=0 821

si se constata ca valoarea lui se gaseste in domeniul recomandat adica [070 085]

142 Verificarea la flambaj a AnPG (vezi [3] aplicatia5)

Lungimea supusa la compresiune a AnPG este c LsdotLAn PG=0 821sdot135=110 835 m (156)

Se calculeaza lungimea critica de flambaj a AnPG(vezi [1])

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 PGExpresia de sub radical adică

(158)

se numeşte (conform lui N Pacircrvulescu) volum de rigiditate la gravitatie deoarece are dimensiunea unui volum si exprima un caracter de rigiditate al PG

Momentul geometric axial se calculeaza cu formula

I PG= π64

sdot( DPG4 minusDPG i

4 ) (159)

I PG= π64

sdot(15 244minus7 154) cm4=2520 375 cm4≃2 5203sdot10minus5 m4

20

Greutatea unitara aparenta a PG se determina cu formula

qa PG=qPGsdot(1minusρf

ρo) (1510)

Se obtine

qa PG=1 094kNm

sdot(1minus 157 85 )=0 885

kNm

Măsura volumului de rigiditate la gravitaţie al PG este

V PG=21∙ 1011 N

m2∙ 2520375 ∙10minus5 m4

0885∙ 103 Nm

=5981∙ 103 m3

Rezultă imediat măsura lungimii critice de flambaj a AnPG

LAn PG cr=17∙3radic5981∙103 m3=3085 mcong 31 m

Comparand aceasta masura a lungimii critice de flambaj a AnPG cu aceea a lungimii

portiunii din AnPG supuse la compresiune se constata

c LsdotLAn PG=110 835 mgtLAn PG cr=31 m

Ceea ce inseamna ca AnPG flambeaza sub actiunea fortei de apasare pe sapa Avand 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 corector-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 prajinile grele al doilea

al treilea si respectiv al patrulea stabilizator (vezi cap 1fig124 f)

21

Fig 143 Alcătuirea ansamblului de adacircncime al garniturii de foraj

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

Alegerea prajinilor de foraj (vezi Apl 6)Prăjinile de foraj (PF) sunt fabricate din ţevi de oţel laminate la cald icircngroşate la capete Se execută următoarele tipuri de PF [6] ndash PF cu racorduri speciale sudate (prin presiune de contact) (PFRSS) ndash PF cu racorduri speciale filetate (PFRSF)

PFRSS se realizează icircn conformitate cu STAS 80371-80 (bdquoPrăjini de foraj pentru racorduri sudate Clasele de rezistenţă D E şi G-105 Dimensiunirdquo) şi conform normei API 5A ndash pentru PF din clasele de rezistenţă D şi E ndash şi normei API 5AX ndash pentru PF din clasele de rezistenţă X-95 G-105 şi S-135 După forma icircngroşării capetelor PFRSS se execută icircn trei variante (vezi fig 161)

ndash PF cu capete icircngroşate la interior (II) (sau IU ndash Internal Upset conform API) ndash PF cu capete icircngroşate la exterior (IE) (sau EU ndash External Upset conform API) ndash PF cu capete icircngroşate la exterior şi la interior (IEI) (sau IEU ndash Internal- External Upset conform API)

22

Fig 161 Prăjini de foraj cu racorduri speciale sudate (PFRSS) [1] a ndash varianta II (cu capetele icircngroşate la interior) respectiv IU (Internal Upset) conform API b ndash varianta IE (cu capetele icircngroşate la exterior) respectiv EU (External Upset) conform API c ndash varianta IEI (cu capetele icircngroşate la exterior şi la interior) respectiv IEU (Internal-External Upset) conform API

Alte tipuri de PF sunt ndash PF cu perete gros ( Thick Wall Drill-Pipe icircn lb en) ndash PF cu grosimea de perete variabilă ndash PF cu racorduri speciale sudate cu canale elicoidale şi cu perete gros

Racordurile speciale pentru sudare (RSS) de la PF cu II IE şi IEI au tipodimensiunile şi

condiţiile tehnice reglementate icircn STAS 75701-80 (bdquoRacorduri speciale pentru sudare prin contact

la prăjini de foraj din clasele de rezistenţă D şi Erdquo) icircn norma API Spec 7 şi de asemenea icircn

normele interne ale firmelor constructoare RSS se execută icircn două variante constructive (fig

162)

ndash varianta A RSS cu scaun conic

ndash varianta B RSS cu scaun drept

23

Fig 162 Racorduri speciale pentru sudare (RSS) la prăjini de foraj [2] varianta A (cu scaun conic) varianta B (cu scaun drept)

Normele API Spec 7 prevăd RS şi pentru PF confecţionate din oţeluri din clasele de rezistenţă

superioare X-95 G-105 şi S-135

RSS sunt prevăzute cu icircmbinări filetate cu umăr (IcircFU) standardizate icircn STAS 8351-80

Alegerea prăjinilor de foraj

A alege prăjinile de foraj (PF) icircnseamnă a stabili ndash tipul PF

ndash diametrul nominal (DPF) şi grosimea de perete (sPF)

ndash clasa (gradul) de rezistenţă ndash clasa de uzură

ndash intervalul de măsuri ale lungimii

Criteriile pe baza cărora se face alegerea PF sunt următoarele

1) rezistenţă maximă la solicitările statice şi variabile care se asigură prin alegerea

corespunzătoare a tipului de PF a clasei de rezistenţă şi a celei de uzură a PF a intervalului de

măsuri ale lungimii PF şi a unei măsuri a grosimii de perete cacirct mai mari

2) rezistenţă maximă la acţiunea mediului coroziv care impune alegerea corespunzătoare a oţelului

şi dacă este cazul alegerea PF cu acoperiri speciale anticorozive şi de asemenea a unei măsuri a

grosimii de perete cacirct mai mari

3) energie minimă consumată icircn timpul forajului care icircnseamnă

a) energie mecanică de rotaţie minimă care se asigură prin alegerea unor măsuri ale

diametrului nominal şi grosimii de perete cacirct mai mici 24

b) energie hidraulică minimă (consumată prin circulaţia fluidului de foraj)ceea ce

presupune o pierdere de presiune minimă la curgerea fluidului de foraj prin interiorul PF care

determină alegerea unei măsuri cacirct mai mici a grosimii de perete

4) energie minimă consumată icircn timpul manevrei GarF ceea ce presupune alegerea PF cu măsura

minimă a masei unitare

Diametrul nominal al PF reprezinta diametrul exterior al corpului PF DPF=DPFe (161)

Diametrul nominal al PF se determina in functie de Dsmasurile orientative fiind date in tabelul de mai jos

Ds mm 150170 150200 175225 200250 225300 gt250DPF mm(in) 889(3 frac12) 1016(4) 1143(4 frac12) 127(5) 1397(5 frac12) 1683(658)

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

Pentru diametrul sapei de foraj determinat icircn subcapitolul anterior Ds= 1715 mm = 634rdquo se alege diametrul nominal al prăjinii de foraj DPF =4 frac12rdquo = 1143 mm

Din STAS 8037 ndash 88 (vezi aplicatia 5 tabelul 1) se alege diametrul nominal standardizat 412rdquo E 75 cu urmatoarele caracteristici

- masa cu racorduri m1PF= 33 Kgm

- grosimea peretelui s= 1092 mm

- diametrul interior DPfi= 9246=925 mm

- aria prăjinii de foraj A= 3547 mm2

- modulul de rezistentă WP= 10583 cm3

- tipul icircngroşării EU

- gradul de rezistenta E 75

- presiunea exterioara limita pel= 894 bar= 894MPa

- presiunea interioara limita pil= 865 bar =865MPa

- forţa de tracţiune limita FtcL= 1834 kN

- momentul de torsiune limita MtLPF= 5003 kNm

- tipodimensiunea IFU a RSS NC46 (4IF)

Solicitari care duc la limita de curgere a RSS

- momentul de insurubare limita dpdv al curgerii materialului RSS

25

M i RS L=53 69 kNm

FtRSL = 4 664 kN (forţa de tracţiune limită dpdv al curgerii materialului RSS)

- momentul de insurubare recomandatM i r=27 3 kNm

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)

Se obtine

APF=π4sdot(114 32 mmminus92 462 mm)=3547 mm2

Se determina modulul de rezistenta polar al sectiunii transversale a corpului PF cu formula

W p=I p

DPF

2

(162)

unde I p este momentul geometric polar al sectiunii transversale a corpului PF

I p=π32

∙( DPF4 minusDPFi

4 )= π32

∙ DPF4 ∙[1minus( DPFi

DPF)

4] (163)

I p=π

32sdot114 34 mmsdot[1minus(925 mm

114 3 mm )4 ]=9569240 653 mm4=956 924 mm3

deci

W p=π

16sdotDPF

3 sdot[1minus( DPF i

DPF)

4]

(164)

Rezulta

W p=π

16sdot114 33sdot[1minus(92 5

114 3 )4]=167658 175 mm3

Calculul tensiunii de tractiune

σ tcl=F tcl

APF

(165)

26

σ tcl=1834 kN

3547 mm2 =1834 ∙ 103 N3547 mm2 =517056 ∙106 Pa

Aceasta tensiune arata limita de curgere minima conform tabelului cu caracteristicile

mecanice ale prajinilor de foraj pentru clasa de rezistenta E75 (vezi aplicatia 6) Limita de curgere

trebuie sa se situeze in intervalul 517hellip724 In cazul nostrum limita este 517 MPa care se

incadreaza intre valorile recomandate

-calculul tensiunii tangentiale τ=G∙θ ∙ r (166)

θ=M t

G ∙ I p

(16 7)

Unde G este modulul de elasticitate transversal al materialului din care se confectioneaza PFPentru otel G= 81010 Paθ- torsiunea specificar- raza punctului considerat din sectiunea transversala a corpului PF

θ= 5003∙ 103 Nm8 ∙ 1010 N m2 ∙ 0956∙ 10minus5m4 =653 ∙ 10minus2 1

m

τ=8 ∙1010 N

m2∙ 653 ∙ 10minus2 mminus1∙ 5785∙ 10minus2m=29855106

N

m2

Aceasta tensiune reprezinta tensiunea tangentiala de curgere

Lungimea ansamblului superior utilizat pentru forajul putului de exploatare se determina cu

expresia

LAn S=H MminusLAn PG (168) LAn S=3500 mminus162 m=3338 m

Se calculeaza numarul de PF

nPF=

LAn S

lPF (169)Considerand ca lungimea unei prajini este cea normala adica 9m se obtine

nPF=3338

9=37088

Se alege nPF=371 si se recalculeaza lungimea AnS

LAnS=371∙9m=3339 m

27

17Alegerea 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

garnitura stanga) [1]

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 masa rotativă 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 (658 REG) in timpul forajului după tubarea unei coloane de burlane prăjina

de antrenare trebuie uneori schimbată ndash diametrul cepului 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 de lucru 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 [1]

28

Fig 171 Prăjina de antrenare forjată a ndash pătrată b ndash hexagonală

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

Alegerea 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-cep

Se prefera alegerea unei prajini de antrenare forjate deoarece nu necesita reductii de legatura

proprii asa cum este cazul prajinii laminate

29

Fig172 Reducţii de legătură icircntre prăjina de antrenare (PA) şi racordul special (RS) denumite RLRS a ndash

reducţie dreaptă (pentru icircmbinări filetate cu aceleaşi dimensiuni) b ndash reducţie icircn trepte (pentru icircmbinări filetate cu

dimensiuni diferite)

Se alege o prajina de antrenare forjata patrata avand elementul de imbinare superioara de

tipul mufa cu filet stanga de tipul 658 REG pentru asamblarea cu reductie cap hidraulic(RLCH)

Pentru ansamblul superior al garniturii de foraj s-a stabilit ca se iau prajini de foraj de 4 12 in cu

racorduri speciale sudare(RSS) cu IEI si tipodimensiunea IFU NC 46

Ca urmare conform tabelului 1 aplicatia 7 se alege prajina de antrenare in varianta

constructiva 1(standard) cu dimensiunea nominala de 4 frac14 in Se foloseste o RLPA dreapta de

tipul mufa(NC46)-cep(NC46) ca in figura 172 a

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 infDPA

mm(in)DPAi mm

a mm

lPA m

mPAkg

1cep

6 58 REGmufăNC46

mufă6 58

REG

cepNC46

A (dreapta) NC46-NC46

108(4 14)

714 108 12192 800

30

18 Alegerea tipului de instalatie de foraj

Instalaţia de foraj reprezintă totalitatea maşinilor utilajelor si instalaţiilor necesare săpării unei sonde

Studiul pe sisteme al instalaţiilor de foraj corespunde principalelor operaţii care se efectuează

pentru forarea unei sonde precum si principalelor grupe de maşini si utilaje care intra in

componenta acestor instalaţii

Sistemele de lucru ale unei instalaţii de foraj sunt

1 Sistemul de manevra mdash SM- cu ajutorul căruia se realizează ridicarea si coboracircrea

sarcinilor

2 Sistemul de circulaţie - SC - care asigura circulaţia fluidului de foraj

3 Sistemul de rotire - SR - care realizează rotirea garniturii de prăjini in timpul forajului

In cazul instalaţiilor de foraj transportabile apare si sistemul de transport

Pentru asigurarea condiţiilor de funcţionare a sistemelor de lucru instalaţia de foraj mai

cuprinde sistemul de comenzi instalaţia de preparare si curăţare a fluidului de foraj dispozitive

de mecanizare si automatizare ansamblul de scule materialul tubular [1]

Alegerea instalaţiei de foraj se face pe baza sarcinii maxime utile (sarcinii maxime de lucru) FM (V APLICATIA 9)

In aplicatiile anterioare s-au determinat greutatile fiecarei coloane de burlane si anume

GCI(I)= 1413516 kN GCE= 722187kN

Rezulta ca cea mai grea CB GCBM=max GCI(I) GCE=1413516 kN

S-au ales pentru forajul putului de exploatare prajini grele cu DPG=6 in=1524 mm

DPGi=2 1316 in= 715 mm m1PG = 1115 kgm qPG=1094kNm LAnPG=135 m

Se determina greutatea AnPG

GAn PG=qPGsdotL An PG

(181)

si se obtine

GAnPG=1094kNm135m=14769kN

Greutatea unitara a PFse calculeaza folosind formula

qPF=m1 PFsdotg (182)

qPF=33kgm

sdot9 81m

s2=323 73

Nm

31

Greutatea AnS va fi

GAn S=qPFsdotLAn S (183)

GAn S=323 73Nm

sdot3 339sdot103 m=1080 934kN

Greutatea GarF se obtine insumand greutatea AnPG si greutatea AnS

GGar F=GAn PG+GAn S (184)

Se obtine

GGar F=147 69 kN+1080 934 kN=1228 624 kN

Se considera ca cea mai grea GarF este garnitura utilizata pentru forajul putului de exploatare

GGar F M=1228 624 kN

Alegerea IF se face pe baza sarcinii nominale de la carlig si a tipului de actionare

FM =max FM T FM D (185)

Sarcina maxima utila de tubare se calculeaza cu formula[1]

FM T

=GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+(1+kmf( M ) )sdot

ac

( M )

g ] (186)

in care

k r(M )estecoeficientul fortei de frecare la ridicarea coloanei de burlane intre peretele putului si

fluidul de foraj k mf(M )minusiquestcoeficientul de masa al fluidului de foraj din interiorul coloanei aderent la

coloana ac(M )- acceleratia miscarii carligului in cazul ridicarii sarcinii normale

kDij- coeficientul diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

ρ0 ndashdensitatea otelului din care sunt confectionate burlanele

ρf -densitatea fluidului de foraj

Coloana fiind considerată plină cu fluid de foraj cu aceeaşi măsură a densităţii ca şi aceea

din interiorul puţului forat coeficientul k mf(M ) se determină cu formula [1]

k m f=ρf

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1] (187)

unde DCB este diametrul nominal al CB GCBM ndash greutatea celei mai grele coloane de burlane Sfa- grosimea startului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al coloanei de burlane

32

LCB ndash lungimea CB lj ndash lungimea tronsonului de ordinul j kDij ndash coef diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

K Dij=Dibj

DCB

(188)

Pentru CI(I) de 858in vom avea

DCI(I)=858in= 2191 mmntCI(I)=6

sB jisin 10 16 10 16 8 94 10 16 10 16 11 43 mmDi B jisin 198 8 198 8 2012 198 8198 8 196 8 mm

k Di jisin 0 907 0 907 0 918 0 907 0 907 0 898 l jisin 255 325 460 520 395 705 m

LCI(I)=HCI(I)=2660m

=125tm3

sf a=0 653 mm grosimea stratului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al CB

iquestsumj=1

6

(1minusk Di j2 )sdotl j=

(1-09072)sdot255+(1minus09072 )sdot325+(1-09182 )sdot460+ (1minus09072 )sdot52 0++ (1-09072)sdot39 5+(1minus0 8982)sdot705=473 972 m

Se admite

k r(M )=02

si ac

(lt M )=1 ms2 Se obţine

Sarcina maxima utila la tubare

FM T =1413 516 kN sdot[(1minus1 25 t m3

7 85 t m3 )sdot(1+02 )+ (1+0 745 )sdot 19 81 ]=1677 556 kN

Sarcina maxima utila de degajare a celei mai grele garnituri de foraj se determina cu relatia[1]

FM D =GGar F Msdot(1minus ρ f

ρo)+FD M

FD M este forta de degajare maxima FD M =300kN

33

k m f(M )=

ρ f

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

5

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1]=

Măsura lui FDM se apreciază icircn funcţie de măsura lui HM conform tabelului 1 aplicatia 9

FM D =1228 624 kNsdot(1minus1 25 t m3

7 85 t m3)+300 kN=1332 983

kN

Conform rezultatelor de mai sus se obtineFM

=max 1677 556 1332983 kN=1677 556 kN 9 81≃171 0047 tf

Ca urmare se poate alege o IF transportabilă pe cale terestră pe subansamble (SAn) din clasa F 200 (vezi [1])

Tipul acţionării se alege icircn funcţie de posibilitatea de alimentare cu energie electrică a IF icircn

zona de amplasare de instalaţiile aflate icircn dotarea firmei de foraj şi de costul comparativ al

combustibilului şi al energiei electrice din perioada cacircnd o să lucreze instalaţia icircn situaţia icircn care

firma dispune de instalaţii cu acţionări neautonome sau autonome

Se admite că situaţia din zona de amplasament a IF impune o acţionare de tipul DH Avacircnd

icircn vedere acest lucru rezultă că se poate alege o IF de tipul

F-200-2DH (T(SAn))

19 Concluzii

Pe baza datelor luate din materialul didactic si standardele nationale cat si internationale s-a

facut un calcul teoretic de alegere al instalatiei de foraj Luand in consideratie ca mediul real poate

aduce un aport negativ asupra calculelor teoretice in rezultatele prezentate mai sus s-au luat niste

coeficienti de siguranta care sa acopere riscurile posibile totodata s-a constatat ca desi pentru

Sonda 7 Pacurari este necesara o instalatie mai mica decat cea aleasa am fost nevoit sa aleg anume

F200-2DH deoarece conditiile tehnico-economice presupun utilizarea tipului utilajului folosit deja

in industria petroliera si standardizat conform normelor STAS si API

2 PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

21 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

34

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

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 arborele 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 [1]

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 MBM 820 cu supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului DH de tipul GF-820+CHC-750-2 sunt

prezentate icircn fig 21 Se analizează dependenţele funcţionale reprezentate de aceste curbe (vezi

aplicatia 13)

35

Fig 2 1 Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului de acţionare de tipul DHformat din GF 820 şi CHC-750-2 pentru reglarea motorului diesel la sarcină plină

şi funcţionarea lui cu gradul maxim de accelerare (la care puterea maximă amotorului este puterea nominală Pn) şi funcţionarea lui cu gradul maxim deaccelerare MI MII ndash momentul dezvoltat la arborele primar (I) respectiv laarborele secundar (II) al CHC ωI ωII ndash viteza unghiulară PI PII ndash puterea

ηCHC ndash randamentul CHC

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (210)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (211)

Tabel 311 Parametrii functionali ai grupului de actionare GF-820 + CHC-750-2

36

Fig 211 Curba caracteristica exterioara a CHC este o caracteristica flexibila cresterea momentului rezistent este

preluata de CHC prin reducerea importanta a vitezei unghiulare a arborelui secundar

Din aceste grafice se deduce ca pentru ηm= 07 DEF al CHC-750-2 reprezentat prin ηCH ϵ

[0700 0847] nII ϵ [275 950] rotmin MII ϵ [14730 4000] kNm

Din datele obinute rezulta avantajele utilizarii CHC in cadrul GA de tipul DH

1 CHC lucreaza ca un variator continuu de viteza adica ωII se modifica automat si continuu odata cu variatia momentului rezistent aplicat arborelui secundar astfel se spune ca CHC isi regleaza regimul de functionare deci CHC permite o autoadaptare a GA la sarcina

2 Utilizarea CHC simplifica lantul cinematic al IF37

3 CHC protejeaza motorul Diesel impotriva suprasarcinilor si a socurilor transmise de la antorul sistemului de lucruinclusive in situatia blocarii secundarului

Fig 212 Curbele caracteristice pentru sarcina plina ale motorului MBM-820 si curba puterii in functie de sarcina plina a aceluiasi motor

22 Alegerea modului de acţionare

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

38

Instalaţiie 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[1]

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

39

Fig 221 Schema structural-functionala a unei instalatii de foraj cu mod de actionare centralizatin varianta MAC2 cu

actionare DH

S-a ales varianta MAC2 in care PN este actionata separat formand impreuna cu GA si transmisiile mecanice respective un grup motopompa (GMP) dupa cum TA este DH vezi 1[1])

23 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

1 pompe centrifuge pentru hidrocicloane2 site vibratoare 3 agitatoare4 pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de foraj5 pompe centrifuge pentru apa6 pompe centrifuge pentru chimicale7 pompe pentru reziduuri8 pompe pentru combustibil9 comanda hidraulica a prevenitoarelor10 instalaţie pentru uscarea aerului11 agregate pentru icircncălzire12 maşini-unelte13 agregat pentru sudura

40

14 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

Tabel 231 Consumatorii auxiliari de forta utilizati in cadrul IF de tipul F200-2DH si puterea lor

NrCrt

Denumirea consumatorilor Puterea motorului

kW

NrmotoarePuterea totala

kW

A Instalatia de foraj propriu-zisa

1 Site virbatoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 10 75

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa racire troliu 75 1 75

5 Pompa apa racire frina hidraulica 75 1 75

6 Pompe instalatie amestec chimicale 3 2 6

7 Pompe combustibil 3 2 6

8 Pompe ulei 15 1 15

9 Pompe de preparare a fluidului de foraj 75 2 150

10 Pompa baterie denisipare 55 1 55

11 Pompa baterie desmiluire 50 1 50

12 Instalatie degazeificare 5 1 5

13 Degazeificator 30 1 30

14 Instalatie de preparare centrifuga 20 3 60

15 Instalatie transport material pulverulent 4 1 4

16 Dispozitiv salvare garnitura 20 1 20

17 Dispozitiv strins-slabit 11 1 11

18 Dispozitiv manevra prajini grele 75 1 75

19 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

20 Pod tubaj reglabil 75 1 75

21 Instalatie comanda prevenitoare 11 1 11

41

22 Instalatie de uscare aer 15 1 15

23 Instalatie iluminat normal 18 1 18

24 Instalatie iluminat siguranta 08 1 08

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

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

PCsAF = 5928 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

24 Calculul puterii instalate

Puterea instalata a IF (Prsquo) reprezinta puterea motoarelor utilizate pentru actionarea

antoarelor principale a celor auxiliare si pentru actionarea celorlalte utilaje si instalatii folosite

pentru executarea diverselor operatii auxiliare

Prsquo = P + PCsAF (241)

P = n Pn (242)

Pn-Puterea nominala a motorului MB820 Pn= 655 kW

n-numarul de motoare folosite

P = (2+2) ∙ PnP = (2 + 2) 655kW = 2620 kW

Prsquo= 2620 kW + 5928 kW = 32128 kW

25 ConcluziiIn capitolul 2 s-au ales grupurile de actionare Alegerea s-a facut pe baza analizei

parametrilor motoarelor si caracteristicile acestora s-a evidentiat modul de utilizare al acestor

grupuri de actionare astfel incat sa fie satisfacute conditiile de tehnologicitate si economicitate

Acest lucru s-a facut pentru a obtine niste parametri de lucru cat se poate eficienti si economici

deoarece in cazul neindeplinirii uneia din conditii se pot intampla atat stagnari ale procesului

normal de foraj (uneori poate chiar si cu consecinte catastrofale) cat si pierderi financiare mari

42

3 ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ SI PREZENTAREA PARAMETRILOR SI CARACTERISTICILOR LOR

31Alegerea capului hidraulic

Fig31 Secţiune prin CH (reprezentare schematică (a) şi reprezentare constructivă (b))1 ndash corp (oală) 2 ndash bolţ 3 ndash toartă (biglu) 4 10 ndash rulment cu role cilindrice (de ghidare) 5 11 ndash garnituri de

etanşare 6 ndash rulment axial principal cu role conice 7 ndash fus 8 ndash reducţie 9 ndash rulment axial secundar cu bile 12 ndash felinar (capac) 13 ndash lulea 14 ndash piuliţă inferioară 15 ndash ţeavă de spălare 16 ndash cutie de etanşare 17 ndash etanşarea icircntre

partea superioară a ţevii de spălare şi lulea 18 ndash piuliţă superioară 19 ndash şuruburi de fixare

Capul hidraulic [1] (CH) este un utilaj care face parte din ansamblul de antrenare a GarF

El reprezinta nodul de legatura intre cele trei echipamente principale (EqPr) ale IF echipamentul

de circulatie (EqC) echipamentul de rotatie (EqR) si de manevra (EqM)

CH este suspendat in ciocul cirligului triplex cu ajutorul toartei sale La randul sau CH sustine

garnitura de foraj prin intermediul reductiei de legatura si al prajinii de antrenare De luleaua CH

se monteaza furtunul de noroi

43

Ca urmare functiunile CH sunt

1 Sustinerea GarF in timpul forajului

2 Permiterea rotatiei GarF

3 Conducerea fluidului de forajsub presiunede la FN la PA prin lulea teava de spalare

fus si RLCHin cazul circulatiei directe

Marimile fizice principale ale CH1 marimile functionale

- sarcina de lucru maxima

- turatia maxima a fusului

- presiunea maxima a fluidului de foraj

2 marimile dimensional-constructive

- diametrul interior al tevii de spalare

- tipo-dimensiulnile de legatura

3 marimile de anduranta

- sarcina limitacapacitatea in functie de rulmentul principal

- durabilitatea rulmentului principal

- durabilitatea etansarii tevii de spalare

Fig 31 Capul hidraulic (CH) montat icircn ciocul cacircrligului icircn timpul forajului

Alegerea capului hidraulic se face pe baza sarcinii maxime de lucru (FCH M

) si trebuie sa echipeze instalatia de foraj F200-2DH [1]

44

FCH M

geF M

(31)

FM =200 tf

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

(32)

Capetele hidraulice construite icircn Romacircnia sunt tipizate conform SR 5736 [66] care este

elaborat icircn concordanţă cu API Spec 8A [67] şi API Spec 8C [68]

Din tab 62 Cap 6 6 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH ndash 320 (ndash40degC) SR 5736

necesar instalaţiei de foraj alese F200

CHndash320 (ndash40degC) SR 5736 este un cap hidraulic echipat cu rulment axial-oscilant cu role

butoi cu sarcina maximă de lucru de 320tf care lucrează icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash

40degC

Conform SR 5736 acest tip de CH se caracterizează şi prin

Sarcina limită sau capacitatea maximă icircn funcţie de rulmentul principal FRLCH=147tf

pM = 35MPa nM = 300 rotmin di = 762 mm LP 4 (filetul de legătură al lulelei cu FF) 6⅝

REG LH (filetul de legătură cu RLCH)

32Alegerea ansamblului macara carlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 32 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]

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia [1]

FMC ge FCM (321)

Din tab32 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32-1250 MC -300 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii

45

Tabel 31 Caracteristicile Ansamblului Macara-Carlig

Tabelul 32 Tipurile de macarale-cacircrlig construite icircn Romacircnia şi caracteristicile lor (cf [69])

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (32)

GMC =8610t middot 981 ms2 = 84464 kN

46

UnMas F200Denumire 5-32MC-300

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300

Nr Roti manevra - 5

Diam cablului mm 32

Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140

Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in f-ie de rulmenti US tonf 347

Masa t 8610

Fig 32 Construcţia ansamblului-cacircrlig mono-bloc 1 ndash cacircrlig triplex 2 ndash bolţ 3 ndash pahar şi rulment axial 4 ndash tijă 5ndash piston 6 ndash arcuri de destindere 7 ndash piesă de legătură icircntre ansamblul cacircrligului şi macara 8 ndash axul macaralei 9 ndash role 10 ndash rulmenţii macaralei 11 ndash plăci laterale

33Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul de foraj reprezinta partea fixa a masinii macara-geamblac Se monteaza in

grupul mastului pe grinzi numite coroana geamblacului Este format dintr-un ax pe care se

monteaza un anumit numar de role (z+1) prin intermediul unor rulmenti Fiecare rola se misca

independent de celelalte (z-numarul de role de la macara) [1]

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

-geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţie romacircnească Avantajul acestui tip

constructiv este acela că este o construcţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

- 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

47

c geamblacul de foraj din două blocuri

- geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se pot roti şi interschimba asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

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

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

a geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

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

b geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

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 ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia [1]

Fig 331 Geamblac cu o roata separata

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 332

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

Alegerea geamblacului de foraj se face in functie de sarcina de lucru maxima de diametrul cablului utilizat de tipul cablului de manevra de tipul macaralei respectiv de tipul ansamblului macara-carlig

48

Pentru instalatia F200-2DH se alege unul din geamblacurile tipizate care sa indeplineasca cerintele impuse

Fig 33 2Geamblac monobloc 1 ndash suport (prin care GF se montează prin şuruburi de coroană ramă) 2ndash ax 3 ndash rolă roată 4 ndash rulment radial-axial cu role conice pe două racircnduri 5 ndash disc distanţier 6 ndash bucşă distanţieră 7 ndash ungător cu bilă (folosit pentru ungerea consistentă a rulmenţilor) (canalele de ungere sunt practicate icircn plan orizontal) 8 ndash placă de presare 9 ndash apărătoare

Pentru instalatia de foraj F 200 se va folosi un geamblac A 6 -32-1250GF-300 (-400C)(vezi [1] cap 54 tab56)adica geamblac de foraj cu 6 roţi role pe ax cu diametrul cablului de manevră de 32 mm

diametrul exterior al rolei de 1250 mm sarcina maximă de lucru 300tfşi temperatura de lucru de ndash

40degC Din tabelul 56 Cap 5 [1]se observă că acest tip de geamblac face parte din clasa

echipamentului (de manevră) 450

Tabel 33 Caracteristicile GeamblaculuiUnMas

Denumire 6-32GF-300Sarcina maxima la coroana geamblacului tf 400

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300Nr Roti manevra - 6

Diam cablului mm 32Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in functie de rulmenti US tonf 416Masa t 28

49

34Alegerea elevatorului 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

Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane de tubare (B-ElPCB) (bdquocasing slip

elevator-spiderrdquo icircn lb en) este o sculă de manevră care se foloseşte icircn timpul tubării puţurilor

atacirct pentru susţinerea coloanei de burlane (CB) ca broască cu pene aşezată pe masa rotativă

(MR) cacirct şi pentru săltarea din penele broaştei şi introducerea coloanei icircn puţ ca elevator (cu

pene) Deci aceste scule se folosesc icircn pereche icircn timpul tubării puţurilor una aşezată pe MR

susţine CB prin icircmpănare icircndeplinind funcţia de broască cu pene (vezi fig 341) iar cealaltă

care este susţinută icircn chiolbaşi avacircnd rolul de elevator (cu pene) se prinde tot prin icircmpănare pe

burlanul care s-a adăugat prin icircnşurubare la coloană saltă CB din broasca cu pene şi o susţine icircn

timpul introducerii ei icircn sondă (vezi fig 342)

Fig 342 Tragerea burlanului pe jilip cu ajutorul unui elevator de tras burlane pentru a fi icircnşurubat icircn

coloana susţinută icircn broasca cu pene

50

Fig 343 Varianta de elevator (cu pene) (cu inel ridicător) a broaştei-elevator cu pene cu două semicorpuri care este susţinută icircn ochiurile inferioare ale chiolbaşilor (11) icircn timpul introducerii coloanei de burlane (12) icircn puţul care se tubează 1 ndash corp carcasă 2 ndash umăr 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă de siguranţă 5 ndash corp de pană 6 ndash bacuri 7 ndash pacirclnie de ghidare 8 ndash cadru ridicător 9 ndash icircmpingătoare 10 ndash mecanism cu pacircrghii de ridicare

Din punct de vedere funcţional se deosebesc tipurile bull broască cu pene (BP) bull elevator cu pene (ElP)

Fig344 Broasca-elevator cu pene

51

In figura 344 este reprezentata Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane (broasca cu pene icircn partea de sus stanga elevatorul cu pene icircn partea dreapta şi vedere de sus a elevatorului cu pene icircn partea de jos) 1ndash corp 2ndash umăr braţ superior 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă (siguranţă pentru chiolbaşi) 5 ndash poartă uşă 6 ndash pene 7 ndash bacuri 8 ndash placă de sprijin (pe masa rotativă) 9 ndash guler de protecţie şi ghidare 10 ndash pacirclnie de ghidare HB ndash icircnălţimea broaştei cu pene HE ndash icircnălţimea elevatorului cu pene l ndash lăţimea broaştei-elevator

Alegerea elevatorului cu pene se face din conditiile urmatoare

FPgtFCBM

(341)

unde

FPleFBminusEl PCB

(342)

Studiind oferta companiei STEROM SA Cacircmpina conform ([1] cap 8 tab88) se alege un elevator cu pene de tipul

B-ElPCB 4frac12 ndash 13⅜ in x 350 ts (9⅝ x 275 ts x 8⅝) (ndash 45ordmC)

icircnseamnă broască-elevator destinată utilizării pentru burlane cu diametrul nominal cuprins

icircntre 4frac12 in şi 13⅜ in (inclusiv) cu sarcina nominală (sarcina maximă de lucru) de 350 ts (320tf)

echipată cu pene set de pene de 958 in cu sarcina nominală (maximă de lucru) de 275 ts (250 tf)

icircn care sunt montate bacuri de 858 in adică această broască-elevator este echipată pentru susţinerea

unei CB de 858 care determină icircn timpul manevrei ei o sarcină maximă la cacircrlig de cel mult 275ts

(250 tf) Ea este executată să lucreze icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash 45 ordmC

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

21t∙981ms2 =20601kN

35 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatorul pentru prăjini de foraj (ElPF) (bdquodrill pipe elevatorrdquo icircn lb en) este o sculă de

manevră care se foloseşte pentru susţinerea garniturii de foraj (GarF) icircn timpul extragerii şi

introducerii ei icircn sondă El prinde sub mufa PF şi este agăţat prin umerii săi icircn ochiurile

inferioare ale chiolbaşilor

ElPF se compune din

52

ndash două corpuri articulate care se icircnchid pe PF prevăzute cu cacircte un umăr cu care se suspendă icircn

ochiurile inferioare (mici) ale chiolbaşilor

ndash icircnchizatorul celor două corpuri

ndash eclise cu bolţuri prinse icircn umeri pentru asigurarea contra ieşirii chiolbaşilor

Elevatoarele se deosebesc prin forma lor modul de icircnchidere a celor două corpuri şi forma

suprafeţei de rezemare a prăjinilor

Din punctul de vedere al icircnchiderii se diferenţiază

ndash ElPF cu icircnchidere centrală (ElPFIcircC)

ndash ElPF cu icircnchidere laterală (ElPFIcircL)

După forma suprafeţei de sprijin al PF se disting

ndash ElPF cu scaun drept (ELPFSD) deci cu suprafaţă de rezemare dreaptă folosite pentru

manevrarea prăjinilor de foraj cu racorduri speciale sudate cu umăr drept (RSSUD) sau cu

racorduri icircnfiletate [1]

Fig 351 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun conic

ndash ElPF cu scaun conic (ElPFSC) care dispun de o suprafaţă de rezemare interioară tronconică cu unghiul de icircnchidere standardizat de 18deg ca şi mufele racordurilor speciale sudate cu umăr conic (RSSUC)

53

Fig 352 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun dreptElevatoarele sunt tipizate prescripţiile generale fiind prevăzute de API Spec 8A [85] şi

Spec 8C [86] Icircn fig 88 este reprezentat un ElPF cu scaun conic iar icircn fig 89 un ElPF cu scaun

drept

In figura 34 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic

Fig 34 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Alegerea elevatorului pentru prajini se face in functie de tipul prajinilor de foraj

1 Daca prajinile sunt cu recorduri speciale infiletate atunci cu scaun drept

2 Daca prajinile sunt cu racorduri speciale sudate atunci cu scaun conic

La alegerea elevatorului trebuie indeplinita conditia

FElgtFGar FMn

(sarcina normala utila de la carlig) (351)

icircn care FGar FM

este sarcina maximă care apare icircn timpul manevrării garniturii pacircnă la adacircncimea

maximă de foraj a puţului respectiv

54

Pentru că prăjinile de foraj sunt cu RSSUC si FGar FM

=122863kN conform tabelului 85

[1] cap 8 se alege un elevator cu scaun conic cu urmatoarea nominalizare

Elevator cu scaun conic 4frac12 x 1214 x 250 adica

elevator cu scaun conic cu dimensiunea nominală de 4frac12 ( pentru prăjini de foraj cu

RSSUC cu diametrul nominal de 4frac12 DPF = 4frac12) cu diametrul interior de 1214 mm (ceea ce

icircnseamnă că se utilizează pentru prăjini cu capetele fie cu II fie cu IEI (conform tabelului 85 cap

8) şi cu sarcina maximă de lucru de 250 tf cu masa mEl=1828kg conform NR 05-1018R STEROM

SA

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

ELpF= mEl middot g (253)

GEl = 1828 kg middot 981 ms2 = 18 kN

36Alegerea chiolbasilor

Chiolbaşii (Ch) (bdquothe drilling linksrdquo bdquoelevator linksrdquo icircn lb en) denumiţi şi bdquobraţele de

elevatorrdquo sunt scule de foraj care fac legătura icircntre cacircrlig şi elevator fiind utilizaţi icircn timpul

manevrei garniturii de foraj (GarF) şi coloanelor de burlane (CB)

Ei se agaţă cu ochiurile superioare de umerii cacircrligului şi susţin cu ochiurile lor inferioare

elevatorul prin umerii acestuia (vezi fig 361) Astfel sarcina datorată GarF sau CB este

preluată prin intermediul elevatorului de către Ch care o transmit cacircrligului [1]

55

Fig 361 Ansamblul format din macara-cacircrlig chiolbaşi şi elevator icircncare este susţinută garnitura de foraj icircn timpul manevrei acesteia

Din punct de vedere al sarcinii de lucru exista 3 tipuri de chiolbasi

1 Usor (sarcini mici)

2 Mediu (sarcini medii)

3 Greu (sarcini mari)

Tipul usor are forma de za alungita iar cel mediu si greu ndash de bara prevazuta la ambele capete cu

ochiuri

Chiolbasii se executa prin forjare in matrita dintr-o singura bucata de otel slab aliat de

constructii pentru a se asigura o rezistenta mare atat prin fibrajul obtinut prin procedeul tehnologic

respective cat si prin compozitie si prin TT folosit

Fig 362 Diferite tipuri de chiolbaşi

Alegerea chiolbasilor se face in functie de sarcina de lucru si de lungimea nominala

Fig 363 Tipurile de chiolbaşi şi dimensiunile lor principale a ndash chiolbaş de tipul uşor b ndash chiolbaş de tipul mediu c ndash chiolbaş de tipul greu C2 ndash raza de curbură interioară a ochiului superior G1 ndash raza de curbură interioară a ochiului

56

inferior D2 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului superior cu umărul cacircrligului H1 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului inferior cu umărul elevatorului d d1 ndash diametrul barei L ndash lungimea de lucru (dintre

punctele de sprijin pe umărul cacircrligului şi pe umărul elevatorului)

Conform normelor prevazute pentru F200-2DH se aleg chiolbasi de tip greu serie Chiolbaşi 69 x 2100 x 320

Gama de sarcini Fch = 320 tf perDimensiuni principale- d1 = 85 mm- C2 = 108 mm

- G1 =70 mm- D2 = 34 mm - H1 = 345 mm- Lungimea totala Lch = 2100 mm- Masa netă informativă mch = 247 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (36)

GCh = 247 kg middot 981 ms2 = 243 kN

37Alegerea cablului de manevra

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

1 la manevră cablul de manevră sau de foraj

2 la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcărit

3 la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancoră

4 pentru rabaterea turlei cablul de praştie

5 la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electrici

Cablurile 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

57

1 de acelaşi diametru 5 la fire2 de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 371)

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

Fig 371 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

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

1 organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)

2 metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)

3 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 ]

58

Fig 372 Cablarea a ndash icircnfăşurarea spre dreapta b ndash icircnfăşurarea spre stacircngac ndash cablarea icircn cruce stacircnga (ZS) d ndash cablarea icircn cruce dreapta (SZ)e ndash cablarea paralelă dreapta (ZZ) f ndash cablarea paralelă stacircnga (SS)

Alegerea cablului se face pe baza sarcinii sale reale minime de rupere (Srm) astfel icircncacirct să fie satisfăcută condiţia de rezistenţă (vezi [1])

Srm gecM middot FM (37)

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

CM - coeficientul de siguranţă pentru operatiile de tubare si instrumentatie care se accepta egal cu

valoarea 2 conform API Spec9B iar FM ste forta maxima din RA a infasurarii cablului Ea se

determina cu expresia[1]

(372)

in care FM este forta totala care actioneaza asupra ramurilor din cablu z ndash nr de role de la macaraηMminusG - randamentul masinii macara-geamblac la ridicareRandamentul masinii macara-geamblac la ridicare se obtine cu relatia (cf[1])

ηMminusG=β2 ∙Zminus1

2 ∙ Z ∙ β2 ∙Z ∙ ( βminus1 ) (373)

unde β este inversul randamentului unei role

β= 1ηRo

(374)

pentru care se admite valoarea β =104 conform API iar ηRo =096 (API) randament role

59

FM=FM

2sdotzsdotηM minusG

Conform tipului de ansamblu MC ales z =5 Atunci rezultă

ηMminusG =

1 04225minus12sdot5sdot1 042sdot5 (1 04minus1 )

=0 811

Forţa F M se calculează cu expresia (conform [1])

FM =F M +GoTsdot(1+

ac(M )

g )

(375)

unde FM

este sarcina maxima utila la carlig GoT - greutatea moarta la tubare g- acceleratia

gravitationala g= 981 ms2 ac(M )

- acceleratia miscarii carligului are valori cuprinse in domeniul

[0515]∙ ms2

Greutatea moartă la tubare se determină ţinacircnd cont de greutatea elementelor ansamblului

MC a chiolbaşilor (Ch) a elevatorului cu pene (ElP) şi a ramurilor de cablu dintre macara şi

geamblac

GoT =

GMC+G ch+GEl P+GCM

(376)

Deoarece la acest moment nu se cunoaşte tipodimensiunea cablului şi ca urmare masa sa unitară se face aproximaţia

GoT iquestGMC+G ch+GEl P (377)

rezulta

GOT=8446 kN+243kN+20601 kN=1075 kN

Ştiind tipul IF se determină

FM

=200tf= 200∙981 =1962kNSe accepta

ac(M )=1 m s2

si se obtine

FM =1962 kN+107 5 kNsdot(1+ 19 81 )=2080 46 kN

60

Se calculeaza

F =

2080 46 kN2sdot5sdot0 811

=256 531 kN

Se determină sarcina reală minimă de rupere necesară a cablului cu formula

Srmnec gecM middot FM (378)

c M=2 ( conform API) si rezulta

Srmnec =2∙256531kN=513062kN

Se alege un cablu Seale cu o măsură a lui Srm astfel icircncacirct să fie icircndeplinită condiţia următoare

Sr mgtSr m nec

(379)

Ca urmare din [1] tabelul 52 se constată că se poate alege

Cablu Seale 6x19-32-1570 SZ STAS1689-80

caracterizat prin

nT=6 nr toroane

n f=19=1+9+9 nr fire din fiecare torondc=32 mm diametrul nominalRm=1570 MPa rezistenta minima de rupere a sarmelorSr m=531 32 kN sarcina reala minima de rupered0=3 mm diametrul sarmelor centraled1=1 45 mm diametrul sarmelor intermediared2=26 mm diametrul sarmelor exterioarem1 C=3 89 kg m masa unitara

Tipul cablării cruce dreapta (SZ) adică sensul de icircnfăşurare a firelor icircn toron este spre stanga(S) iar sensul de icircnfăşurare a toroanelor icircn cablu este spre dreapta (Z)Sr m=531 32gtSr nec=513 062 kN

Deci conditiaSr mgtSr nec este satisfacuta

Se reia calculul pentru verificare

61

Trebuie sa recalculam FM tinand cont si de greutatea cablului GCM

GCM =2sdotzsdotlr CM(M ) sdotqc (3710)

qc - greutatea unitara a cabluluiqc =m1 Csdotg (3711)

qc =3 89 kg msdot9 81 m s2=38 161 N mlr CM(M ) =(15 m+lp )+sminuslb (3712)

lr CM(M )

=(15 m+27 m)+65 mminus9 m=26 m

in care s=65m ndash spatiu de siguranta lb=9m lungimea unui burlanlp=27m lungimea pasului

GCM=2sdot5sdot26 msdot38 161 N m=9 922 kN

GoT=107 5 kN+9 922kN=117 422kN

Pentru IF F200-2DH vom avea

F =

2091 413 kN2sdot5sdot0 811

=257 88 kN

c M=Sr m

F c M=531 32kN

257 88 kN=2 06gtc=2

Tabelul 375 Parametrii caracteristici ai cablurilor Seale 6 x 19 conform STAS 1689-80

38 Alegerea troliului de foraj

62

FN=200sdot9 81kN+117 442kN (1+ 19 81

)=2091 413kN

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

LAn Ad=FS

c L ∙qPG ∙(1minusρf

ρo)∙ (cosθminusμa sinθ)

(151)undeFS este forta de apasare pe sapa ρ f -densitatea fluidului de foraj(150tm3) ρ odensitatea otelului(785tm3) LAnPG este lungimea ansamblului de prăjini grele in m

qPG ndash greutatea unitara a PG CL ndash coeficientul lungime Fs ndash forta de apasare pe sapa Ө - unghiul mediu de deviere al sondei fata de vertical g ndash acceleraţia gravitaţională in ms Densitatea fluidului de foraj se poate aprecia cu expresia empirică(cf [8])

ρ f=125+025∙ ln (H ∙10minus3) (152)

ρ f=[125+025∙ ln (35 ∙ 103 ∙10minus3 ) ] t

m3=1563 t m3

Din conditiile tehnologice se alege ρf =15 tm3 (vezi Ap 1)Se calculeaza greutatea unitara a PG

qPG=m1 PGsdotg (153)

qPG=1115kgm

∙981m

s2=109382

Nmcong 1094

kNm

Se calculează forţa de apăsare pe sapă (cf [8])

FS=(03+7 5sdot10minus5sdotH )sdotDS

(154)

FS=(03+75 ∙ 10minus5 ∙35 ∙103)∙ 1715 kN= 9647 kN

Se calculeaza lungimea ansamblului de PG cu expresia (151)

LAn PG=9647 kN

0 85sdot1 094 kN msdot(1minus 157 85 )sdot(cos 30minus03sdotsin 30)

=130 475 m

Өiquest30

Se determina numarul de PG cu relatia

nPG=L An PG

lPG (155)

Unde lPG reprezinta lungimea unei prajini grele Daca se admite pentru lPG

19

masura normala care este egala cu 9m atunci se obtine

nPG=130 475m9 m

=14 49≃15

Se alege nPG=15 si se recalculeaza LAnPG

LAn PG=15sdot9m=135 mSe recalculeaza coeficientul de lungime al AnPG

c L=96 47 kN

135 msdot1 094kNm

sdot(1minus 157 85 )sdot(cos 30minus03sdotsin 30)

=0 821

si se constata ca valoarea lui se gaseste in domeniul recomandat adica [070 085]

142 Verificarea la flambaj a AnPG (vezi [3] aplicatia5)

Lungimea supusa la compresiune a AnPG este c LsdotLAn PG=0 821sdot135=110 835 m (156)

Se calculeaza lungimea critica de flambaj a AnPG(vezi [1])

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 PGExpresia de sub radical adică

(158)

se numeşte (conform lui N Pacircrvulescu) volum de rigiditate la gravitatie deoarece are dimensiunea unui volum si exprima un caracter de rigiditate al PG

Momentul geometric axial se calculeaza cu formula

I PG= π64

sdot( DPG4 minusDPG i

4 ) (159)

I PG= π64

sdot(15 244minus7 154) cm4=2520 375 cm4≃2 5203sdot10minus5 m4

20

Greutatea unitara aparenta a PG se determina cu formula

qa PG=qPGsdot(1minusρf

ρo) (1510)

Se obtine

qa PG=1 094kNm

sdot(1minus 157 85 )=0 885

kNm

Măsura volumului de rigiditate la gravitaţie al PG este

V PG=21∙ 1011 N

m2∙ 2520375 ∙10minus5 m4

0885∙ 103 Nm

=5981∙ 103 m3

Rezultă imediat măsura lungimii critice de flambaj a AnPG

LAn PG cr=17∙3radic5981∙103 m3=3085 mcong 31 m

Comparand aceasta masura a lungimii critice de flambaj a AnPG cu aceea a lungimii

portiunii din AnPG supuse la compresiune se constata

c LsdotLAn PG=110 835 mgtLAn PG cr=31 m

Ceea ce inseamna ca AnPG flambeaza sub actiunea fortei de apasare pe sapa Avand 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 corector-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 prajinile grele al doilea

al treilea si respectiv al patrulea stabilizator (vezi cap 1fig124 f)

21

Fig 143 Alcătuirea ansamblului de adacircncime al garniturii de foraj

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

Alegerea prajinilor de foraj (vezi Apl 6)Prăjinile de foraj (PF) sunt fabricate din ţevi de oţel laminate la cald icircngroşate la capete Se execută următoarele tipuri de PF [6] ndash PF cu racorduri speciale sudate (prin presiune de contact) (PFRSS) ndash PF cu racorduri speciale filetate (PFRSF)

PFRSS se realizează icircn conformitate cu STAS 80371-80 (bdquoPrăjini de foraj pentru racorduri sudate Clasele de rezistenţă D E şi G-105 Dimensiunirdquo) şi conform normei API 5A ndash pentru PF din clasele de rezistenţă D şi E ndash şi normei API 5AX ndash pentru PF din clasele de rezistenţă X-95 G-105 şi S-135 După forma icircngroşării capetelor PFRSS se execută icircn trei variante (vezi fig 161)

ndash PF cu capete icircngroşate la interior (II) (sau IU ndash Internal Upset conform API) ndash PF cu capete icircngroşate la exterior (IE) (sau EU ndash External Upset conform API) ndash PF cu capete icircngroşate la exterior şi la interior (IEI) (sau IEU ndash Internal- External Upset conform API)

22

Fig 161 Prăjini de foraj cu racorduri speciale sudate (PFRSS) [1] a ndash varianta II (cu capetele icircngroşate la interior) respectiv IU (Internal Upset) conform API b ndash varianta IE (cu capetele icircngroşate la exterior) respectiv EU (External Upset) conform API c ndash varianta IEI (cu capetele icircngroşate la exterior şi la interior) respectiv IEU (Internal-External Upset) conform API

Alte tipuri de PF sunt ndash PF cu perete gros ( Thick Wall Drill-Pipe icircn lb en) ndash PF cu grosimea de perete variabilă ndash PF cu racorduri speciale sudate cu canale elicoidale şi cu perete gros

Racordurile speciale pentru sudare (RSS) de la PF cu II IE şi IEI au tipodimensiunile şi

condiţiile tehnice reglementate icircn STAS 75701-80 (bdquoRacorduri speciale pentru sudare prin contact

la prăjini de foraj din clasele de rezistenţă D şi Erdquo) icircn norma API Spec 7 şi de asemenea icircn

normele interne ale firmelor constructoare RSS se execută icircn două variante constructive (fig

162)

ndash varianta A RSS cu scaun conic

ndash varianta B RSS cu scaun drept

23

Fig 162 Racorduri speciale pentru sudare (RSS) la prăjini de foraj [2] varianta A (cu scaun conic) varianta B (cu scaun drept)

Normele API Spec 7 prevăd RS şi pentru PF confecţionate din oţeluri din clasele de rezistenţă

superioare X-95 G-105 şi S-135

RSS sunt prevăzute cu icircmbinări filetate cu umăr (IcircFU) standardizate icircn STAS 8351-80

Alegerea prăjinilor de foraj

A alege prăjinile de foraj (PF) icircnseamnă a stabili ndash tipul PF

ndash diametrul nominal (DPF) şi grosimea de perete (sPF)

ndash clasa (gradul) de rezistenţă ndash clasa de uzură

ndash intervalul de măsuri ale lungimii

Criteriile pe baza cărora se face alegerea PF sunt următoarele

1) rezistenţă maximă la solicitările statice şi variabile care se asigură prin alegerea

corespunzătoare a tipului de PF a clasei de rezistenţă şi a celei de uzură a PF a intervalului de

măsuri ale lungimii PF şi a unei măsuri a grosimii de perete cacirct mai mari

2) rezistenţă maximă la acţiunea mediului coroziv care impune alegerea corespunzătoare a oţelului

şi dacă este cazul alegerea PF cu acoperiri speciale anticorozive şi de asemenea a unei măsuri a

grosimii de perete cacirct mai mari

3) energie minimă consumată icircn timpul forajului care icircnseamnă

a) energie mecanică de rotaţie minimă care se asigură prin alegerea unor măsuri ale

diametrului nominal şi grosimii de perete cacirct mai mici 24

b) energie hidraulică minimă (consumată prin circulaţia fluidului de foraj)ceea ce

presupune o pierdere de presiune minimă la curgerea fluidului de foraj prin interiorul PF care

determină alegerea unei măsuri cacirct mai mici a grosimii de perete

4) energie minimă consumată icircn timpul manevrei GarF ceea ce presupune alegerea PF cu măsura

minimă a masei unitare

Diametrul nominal al PF reprezinta diametrul exterior al corpului PF DPF=DPFe (161)

Diametrul nominal al PF se determina in functie de Dsmasurile orientative fiind date in tabelul de mai jos

Ds mm 150170 150200 175225 200250 225300 gt250DPF mm(in) 889(3 frac12) 1016(4) 1143(4 frac12) 127(5) 1397(5 frac12) 1683(658)

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

Pentru diametrul sapei de foraj determinat icircn subcapitolul anterior Ds= 1715 mm = 634rdquo se alege diametrul nominal al prăjinii de foraj DPF =4 frac12rdquo = 1143 mm

Din STAS 8037 ndash 88 (vezi aplicatia 5 tabelul 1) se alege diametrul nominal standardizat 412rdquo E 75 cu urmatoarele caracteristici

- masa cu racorduri m1PF= 33 Kgm

- grosimea peretelui s= 1092 mm

- diametrul interior DPfi= 9246=925 mm

- aria prăjinii de foraj A= 3547 mm2

- modulul de rezistentă WP= 10583 cm3

- tipul icircngroşării EU

- gradul de rezistenta E 75

- presiunea exterioara limita pel= 894 bar= 894MPa

- presiunea interioara limita pil= 865 bar =865MPa

- forţa de tracţiune limita FtcL= 1834 kN

- momentul de torsiune limita MtLPF= 5003 kNm

- tipodimensiunea IFU a RSS NC46 (4IF)

Solicitari care duc la limita de curgere a RSS

- momentul de insurubare limita dpdv al curgerii materialului RSS

25

M i RS L=53 69 kNm

FtRSL = 4 664 kN (forţa de tracţiune limită dpdv al curgerii materialului RSS)

- momentul de insurubare recomandatM i r=27 3 kNm

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)

Se obtine

APF=π4sdot(114 32 mmminus92 462 mm)=3547 mm2

Se determina modulul de rezistenta polar al sectiunii transversale a corpului PF cu formula

W p=I p

DPF

2

(162)

unde I p este momentul geometric polar al sectiunii transversale a corpului PF

I p=π32

∙( DPF4 minusDPFi

4 )= π32

∙ DPF4 ∙[1minus( DPFi

DPF)

4] (163)

I p=π

32sdot114 34 mmsdot[1minus(925 mm

114 3 mm )4 ]=9569240 653 mm4=956 924 mm3

deci

W p=π

16sdotDPF

3 sdot[1minus( DPF i

DPF)

4]

(164)

Rezulta

W p=π

16sdot114 33sdot[1minus(92 5

114 3 )4]=167658 175 mm3

Calculul tensiunii de tractiune

σ tcl=F tcl

APF

(165)

26

σ tcl=1834 kN

3547 mm2 =1834 ∙ 103 N3547 mm2 =517056 ∙106 Pa

Aceasta tensiune arata limita de curgere minima conform tabelului cu caracteristicile

mecanice ale prajinilor de foraj pentru clasa de rezistenta E75 (vezi aplicatia 6) Limita de curgere

trebuie sa se situeze in intervalul 517hellip724 In cazul nostrum limita este 517 MPa care se

incadreaza intre valorile recomandate

-calculul tensiunii tangentiale τ=G∙θ ∙ r (166)

θ=M t

G ∙ I p

(16 7)

Unde G este modulul de elasticitate transversal al materialului din care se confectioneaza PFPentru otel G= 81010 Paθ- torsiunea specificar- raza punctului considerat din sectiunea transversala a corpului PF

θ= 5003∙ 103 Nm8 ∙ 1010 N m2 ∙ 0956∙ 10minus5m4 =653 ∙ 10minus2 1

m

τ=8 ∙1010 N

m2∙ 653 ∙ 10minus2 mminus1∙ 5785∙ 10minus2m=29855106

N

m2

Aceasta tensiune reprezinta tensiunea tangentiala de curgere

Lungimea ansamblului superior utilizat pentru forajul putului de exploatare se determina cu

expresia

LAn S=H MminusLAn PG (168) LAn S=3500 mminus162 m=3338 m

Se calculeaza numarul de PF

nPF=

LAn S

lPF (169)Considerand ca lungimea unei prajini este cea normala adica 9m se obtine

nPF=3338

9=37088

Se alege nPF=371 si se recalculeaza lungimea AnS

LAnS=371∙9m=3339 m

27

17Alegerea 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

garnitura stanga) [1]

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 masa rotativă 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 (658 REG) in timpul forajului după tubarea unei coloane de burlane prăjina

de antrenare trebuie uneori schimbată ndash diametrul cepului 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 de lucru 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 [1]

28

Fig 171 Prăjina de antrenare forjată a ndash pătrată b ndash hexagonală

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

Alegerea 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-cep

Se prefera alegerea unei prajini de antrenare forjate deoarece nu necesita reductii de legatura

proprii asa cum este cazul prajinii laminate

29

Fig172 Reducţii de legătură icircntre prăjina de antrenare (PA) şi racordul special (RS) denumite RLRS a ndash

reducţie dreaptă (pentru icircmbinări filetate cu aceleaşi dimensiuni) b ndash reducţie icircn trepte (pentru icircmbinări filetate cu

dimensiuni diferite)

Se alege o prajina de antrenare forjata patrata avand elementul de imbinare superioara de

tipul mufa cu filet stanga de tipul 658 REG pentru asamblarea cu reductie cap hidraulic(RLCH)

Pentru ansamblul superior al garniturii de foraj s-a stabilit ca se iau prajini de foraj de 4 12 in cu

racorduri speciale sudare(RSS) cu IEI si tipodimensiunea IFU NC 46

Ca urmare conform tabelului 1 aplicatia 7 se alege prajina de antrenare in varianta

constructiva 1(standard) cu dimensiunea nominala de 4 frac14 in Se foloseste o RLPA dreapta de

tipul mufa(NC46)-cep(NC46) ca in figura 172 a

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 infDPA

mm(in)DPAi mm

a mm

lPA m

mPAkg

1cep

6 58 REGmufăNC46

mufă6 58

REG

cepNC46

A (dreapta) NC46-NC46

108(4 14)

714 108 12192 800

30

18 Alegerea tipului de instalatie de foraj

Instalaţia de foraj reprezintă totalitatea maşinilor utilajelor si instalaţiilor necesare săpării unei sonde

Studiul pe sisteme al instalaţiilor de foraj corespunde principalelor operaţii care se efectuează

pentru forarea unei sonde precum si principalelor grupe de maşini si utilaje care intra in

componenta acestor instalaţii

Sistemele de lucru ale unei instalaţii de foraj sunt

1 Sistemul de manevra mdash SM- cu ajutorul căruia se realizează ridicarea si coboracircrea

sarcinilor

2 Sistemul de circulaţie - SC - care asigura circulaţia fluidului de foraj

3 Sistemul de rotire - SR - care realizează rotirea garniturii de prăjini in timpul forajului

In cazul instalaţiilor de foraj transportabile apare si sistemul de transport

Pentru asigurarea condiţiilor de funcţionare a sistemelor de lucru instalaţia de foraj mai

cuprinde sistemul de comenzi instalaţia de preparare si curăţare a fluidului de foraj dispozitive

de mecanizare si automatizare ansamblul de scule materialul tubular [1]

Alegerea instalaţiei de foraj se face pe baza sarcinii maxime utile (sarcinii maxime de lucru) FM (V APLICATIA 9)

In aplicatiile anterioare s-au determinat greutatile fiecarei coloane de burlane si anume

GCI(I)= 1413516 kN GCE= 722187kN

Rezulta ca cea mai grea CB GCBM=max GCI(I) GCE=1413516 kN

S-au ales pentru forajul putului de exploatare prajini grele cu DPG=6 in=1524 mm

DPGi=2 1316 in= 715 mm m1PG = 1115 kgm qPG=1094kNm LAnPG=135 m

Se determina greutatea AnPG

GAn PG=qPGsdotL An PG

(181)

si se obtine

GAnPG=1094kNm135m=14769kN

Greutatea unitara a PFse calculeaza folosind formula

qPF=m1 PFsdotg (182)

qPF=33kgm

sdot9 81m

s2=323 73

Nm

31

Greutatea AnS va fi

GAn S=qPFsdotLAn S (183)

GAn S=323 73Nm

sdot3 339sdot103 m=1080 934kN

Greutatea GarF se obtine insumand greutatea AnPG si greutatea AnS

GGar F=GAn PG+GAn S (184)

Se obtine

GGar F=147 69 kN+1080 934 kN=1228 624 kN

Se considera ca cea mai grea GarF este garnitura utilizata pentru forajul putului de exploatare

GGar F M=1228 624 kN

Alegerea IF se face pe baza sarcinii nominale de la carlig si a tipului de actionare

FM =max FM T FM D (185)

Sarcina maxima utila de tubare se calculeaza cu formula[1]

FM T

=GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+(1+kmf( M ) )sdot

ac

( M )

g ] (186)

in care

k r(M )estecoeficientul fortei de frecare la ridicarea coloanei de burlane intre peretele putului si

fluidul de foraj k mf(M )minusiquestcoeficientul de masa al fluidului de foraj din interiorul coloanei aderent la

coloana ac(M )- acceleratia miscarii carligului in cazul ridicarii sarcinii normale

kDij- coeficientul diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

ρ0 ndashdensitatea otelului din care sunt confectionate burlanele

ρf -densitatea fluidului de foraj

Coloana fiind considerată plină cu fluid de foraj cu aceeaşi măsură a densităţii ca şi aceea

din interiorul puţului forat coeficientul k mf(M ) se determină cu formula [1]

k m f=ρf

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1] (187)

unde DCB este diametrul nominal al CB GCBM ndash greutatea celei mai grele coloane de burlane Sfa- grosimea startului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al coloanei de burlane

32

LCB ndash lungimea CB lj ndash lungimea tronsonului de ordinul j kDij ndash coef diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

K Dij=Dibj

DCB

(188)

Pentru CI(I) de 858in vom avea

DCI(I)=858in= 2191 mmntCI(I)=6

sB jisin 10 16 10 16 8 94 10 16 10 16 11 43 mmDi B jisin 198 8 198 8 2012 198 8198 8 196 8 mm

k Di jisin 0 907 0 907 0 918 0 907 0 907 0 898 l jisin 255 325 460 520 395 705 m

LCI(I)=HCI(I)=2660m

=125tm3

sf a=0 653 mm grosimea stratului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al CB

iquestsumj=1

6

(1minusk Di j2 )sdotl j=

(1-09072)sdot255+(1minus09072 )sdot325+(1-09182 )sdot460+ (1minus09072 )sdot52 0++ (1-09072)sdot39 5+(1minus0 8982)sdot705=473 972 m

Se admite

k r(M )=02

si ac

(lt M )=1 ms2 Se obţine

Sarcina maxima utila la tubare

FM T =1413 516 kN sdot[(1minus1 25 t m3

7 85 t m3 )sdot(1+02 )+ (1+0 745 )sdot 19 81 ]=1677 556 kN

Sarcina maxima utila de degajare a celei mai grele garnituri de foraj se determina cu relatia[1]

FM D =GGar F Msdot(1minus ρ f

ρo)+FD M

FD M este forta de degajare maxima FD M =300kN

33

k m f(M )=

ρ f

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

5

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1]=

Măsura lui FDM se apreciază icircn funcţie de măsura lui HM conform tabelului 1 aplicatia 9

FM D =1228 624 kNsdot(1minus1 25 t m3

7 85 t m3)+300 kN=1332 983

kN

Conform rezultatelor de mai sus se obtineFM

=max 1677 556 1332983 kN=1677 556 kN 9 81≃171 0047 tf

Ca urmare se poate alege o IF transportabilă pe cale terestră pe subansamble (SAn) din clasa F 200 (vezi [1])

Tipul acţionării se alege icircn funcţie de posibilitatea de alimentare cu energie electrică a IF icircn

zona de amplasare de instalaţiile aflate icircn dotarea firmei de foraj şi de costul comparativ al

combustibilului şi al energiei electrice din perioada cacircnd o să lucreze instalaţia icircn situaţia icircn care

firma dispune de instalaţii cu acţionări neautonome sau autonome

Se admite că situaţia din zona de amplasament a IF impune o acţionare de tipul DH Avacircnd

icircn vedere acest lucru rezultă că se poate alege o IF de tipul

F-200-2DH (T(SAn))

19 Concluzii

Pe baza datelor luate din materialul didactic si standardele nationale cat si internationale s-a

facut un calcul teoretic de alegere al instalatiei de foraj Luand in consideratie ca mediul real poate

aduce un aport negativ asupra calculelor teoretice in rezultatele prezentate mai sus s-au luat niste

coeficienti de siguranta care sa acopere riscurile posibile totodata s-a constatat ca desi pentru

Sonda 7 Pacurari este necesara o instalatie mai mica decat cea aleasa am fost nevoit sa aleg anume

F200-2DH deoarece conditiile tehnico-economice presupun utilizarea tipului utilajului folosit deja

in industria petroliera si standardizat conform normelor STAS si API

2 PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

21 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

34

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

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 arborele 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 [1]

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 MBM 820 cu supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului DH de tipul GF-820+CHC-750-2 sunt

prezentate icircn fig 21 Se analizează dependenţele funcţionale reprezentate de aceste curbe (vezi

aplicatia 13)

35

Fig 2 1 Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului de acţionare de tipul DHformat din GF 820 şi CHC-750-2 pentru reglarea motorului diesel la sarcină plină

şi funcţionarea lui cu gradul maxim de accelerare (la care puterea maximă amotorului este puterea nominală Pn) şi funcţionarea lui cu gradul maxim deaccelerare MI MII ndash momentul dezvoltat la arborele primar (I) respectiv laarborele secundar (II) al CHC ωI ωII ndash viteza unghiulară PI PII ndash puterea

ηCHC ndash randamentul CHC

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (210)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (211)

Tabel 311 Parametrii functionali ai grupului de actionare GF-820 + CHC-750-2

36

Fig 211 Curba caracteristica exterioara a CHC este o caracteristica flexibila cresterea momentului rezistent este

preluata de CHC prin reducerea importanta a vitezei unghiulare a arborelui secundar

Din aceste grafice se deduce ca pentru ηm= 07 DEF al CHC-750-2 reprezentat prin ηCH ϵ

[0700 0847] nII ϵ [275 950] rotmin MII ϵ [14730 4000] kNm

Din datele obinute rezulta avantajele utilizarii CHC in cadrul GA de tipul DH

1 CHC lucreaza ca un variator continuu de viteza adica ωII se modifica automat si continuu odata cu variatia momentului rezistent aplicat arborelui secundar astfel se spune ca CHC isi regleaza regimul de functionare deci CHC permite o autoadaptare a GA la sarcina

2 Utilizarea CHC simplifica lantul cinematic al IF37

3 CHC protejeaza motorul Diesel impotriva suprasarcinilor si a socurilor transmise de la antorul sistemului de lucruinclusive in situatia blocarii secundarului

Fig 212 Curbele caracteristice pentru sarcina plina ale motorului MBM-820 si curba puterii in functie de sarcina plina a aceluiasi motor

22 Alegerea modului de acţionare

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

38

Instalaţiie 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[1]

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

39

Fig 221 Schema structural-functionala a unei instalatii de foraj cu mod de actionare centralizatin varianta MAC2 cu

actionare DH

S-a ales varianta MAC2 in care PN este actionata separat formand impreuna cu GA si transmisiile mecanice respective un grup motopompa (GMP) dupa cum TA este DH vezi 1[1])

23 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

1 pompe centrifuge pentru hidrocicloane2 site vibratoare 3 agitatoare4 pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de foraj5 pompe centrifuge pentru apa6 pompe centrifuge pentru chimicale7 pompe pentru reziduuri8 pompe pentru combustibil9 comanda hidraulica a prevenitoarelor10 instalaţie pentru uscarea aerului11 agregate pentru icircncălzire12 maşini-unelte13 agregat pentru sudura

40

14 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

Tabel 231 Consumatorii auxiliari de forta utilizati in cadrul IF de tipul F200-2DH si puterea lor

NrCrt

Denumirea consumatorilor Puterea motorului

kW

NrmotoarePuterea totala

kW

A Instalatia de foraj propriu-zisa

1 Site virbatoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 10 75

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa racire troliu 75 1 75

5 Pompa apa racire frina hidraulica 75 1 75

6 Pompe instalatie amestec chimicale 3 2 6

7 Pompe combustibil 3 2 6

8 Pompe ulei 15 1 15

9 Pompe de preparare a fluidului de foraj 75 2 150

10 Pompa baterie denisipare 55 1 55

11 Pompa baterie desmiluire 50 1 50

12 Instalatie degazeificare 5 1 5

13 Degazeificator 30 1 30

14 Instalatie de preparare centrifuga 20 3 60

15 Instalatie transport material pulverulent 4 1 4

16 Dispozitiv salvare garnitura 20 1 20

17 Dispozitiv strins-slabit 11 1 11

18 Dispozitiv manevra prajini grele 75 1 75

19 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

20 Pod tubaj reglabil 75 1 75

21 Instalatie comanda prevenitoare 11 1 11

41

22 Instalatie de uscare aer 15 1 15

23 Instalatie iluminat normal 18 1 18

24 Instalatie iluminat siguranta 08 1 08

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

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

PCsAF = 5928 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

24 Calculul puterii instalate

Puterea instalata a IF (Prsquo) reprezinta puterea motoarelor utilizate pentru actionarea

antoarelor principale a celor auxiliare si pentru actionarea celorlalte utilaje si instalatii folosite

pentru executarea diverselor operatii auxiliare

Prsquo = P + PCsAF (241)

P = n Pn (242)

Pn-Puterea nominala a motorului MB820 Pn= 655 kW

n-numarul de motoare folosite

P = (2+2) ∙ PnP = (2 + 2) 655kW = 2620 kW

Prsquo= 2620 kW + 5928 kW = 32128 kW

25 ConcluziiIn capitolul 2 s-au ales grupurile de actionare Alegerea s-a facut pe baza analizei

parametrilor motoarelor si caracteristicile acestora s-a evidentiat modul de utilizare al acestor

grupuri de actionare astfel incat sa fie satisfacute conditiile de tehnologicitate si economicitate

Acest lucru s-a facut pentru a obtine niste parametri de lucru cat se poate eficienti si economici

deoarece in cazul neindeplinirii uneia din conditii se pot intampla atat stagnari ale procesului

normal de foraj (uneori poate chiar si cu consecinte catastrofale) cat si pierderi financiare mari

42

3 ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ SI PREZENTAREA PARAMETRILOR SI CARACTERISTICILOR LOR

31Alegerea capului hidraulic

Fig31 Secţiune prin CH (reprezentare schematică (a) şi reprezentare constructivă (b))1 ndash corp (oală) 2 ndash bolţ 3 ndash toartă (biglu) 4 10 ndash rulment cu role cilindrice (de ghidare) 5 11 ndash garnituri de

etanşare 6 ndash rulment axial principal cu role conice 7 ndash fus 8 ndash reducţie 9 ndash rulment axial secundar cu bile 12 ndash felinar (capac) 13 ndash lulea 14 ndash piuliţă inferioară 15 ndash ţeavă de spălare 16 ndash cutie de etanşare 17 ndash etanşarea icircntre

partea superioară a ţevii de spălare şi lulea 18 ndash piuliţă superioară 19 ndash şuruburi de fixare

Capul hidraulic [1] (CH) este un utilaj care face parte din ansamblul de antrenare a GarF

El reprezinta nodul de legatura intre cele trei echipamente principale (EqPr) ale IF echipamentul

de circulatie (EqC) echipamentul de rotatie (EqR) si de manevra (EqM)

CH este suspendat in ciocul cirligului triplex cu ajutorul toartei sale La randul sau CH sustine

garnitura de foraj prin intermediul reductiei de legatura si al prajinii de antrenare De luleaua CH

se monteaza furtunul de noroi

43

Ca urmare functiunile CH sunt

1 Sustinerea GarF in timpul forajului

2 Permiterea rotatiei GarF

3 Conducerea fluidului de forajsub presiunede la FN la PA prin lulea teava de spalare

fus si RLCHin cazul circulatiei directe

Marimile fizice principale ale CH1 marimile functionale

- sarcina de lucru maxima

- turatia maxima a fusului

- presiunea maxima a fluidului de foraj

2 marimile dimensional-constructive

- diametrul interior al tevii de spalare

- tipo-dimensiulnile de legatura

3 marimile de anduranta

- sarcina limitacapacitatea in functie de rulmentul principal

- durabilitatea rulmentului principal

- durabilitatea etansarii tevii de spalare

Fig 31 Capul hidraulic (CH) montat icircn ciocul cacircrligului icircn timpul forajului

Alegerea capului hidraulic se face pe baza sarcinii maxime de lucru (FCH M

) si trebuie sa echipeze instalatia de foraj F200-2DH [1]

44

FCH M

geF M

(31)

FM =200 tf

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

(32)

Capetele hidraulice construite icircn Romacircnia sunt tipizate conform SR 5736 [66] care este

elaborat icircn concordanţă cu API Spec 8A [67] şi API Spec 8C [68]

Din tab 62 Cap 6 6 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH ndash 320 (ndash40degC) SR 5736

necesar instalaţiei de foraj alese F200

CHndash320 (ndash40degC) SR 5736 este un cap hidraulic echipat cu rulment axial-oscilant cu role

butoi cu sarcina maximă de lucru de 320tf care lucrează icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash

40degC

Conform SR 5736 acest tip de CH se caracterizează şi prin

Sarcina limită sau capacitatea maximă icircn funcţie de rulmentul principal FRLCH=147tf

pM = 35MPa nM = 300 rotmin di = 762 mm LP 4 (filetul de legătură al lulelei cu FF) 6⅝

REG LH (filetul de legătură cu RLCH)

32Alegerea ansamblului macara carlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 32 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]

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia [1]

FMC ge FCM (321)

Din tab32 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32-1250 MC -300 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii

45

Tabel 31 Caracteristicile Ansamblului Macara-Carlig

Tabelul 32 Tipurile de macarale-cacircrlig construite icircn Romacircnia şi caracteristicile lor (cf [69])

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (32)

GMC =8610t middot 981 ms2 = 84464 kN

46

UnMas F200Denumire 5-32MC-300

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300

Nr Roti manevra - 5

Diam cablului mm 32

Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140

Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in f-ie de rulmenti US tonf 347

Masa t 8610

Fig 32 Construcţia ansamblului-cacircrlig mono-bloc 1 ndash cacircrlig triplex 2 ndash bolţ 3 ndash pahar şi rulment axial 4 ndash tijă 5ndash piston 6 ndash arcuri de destindere 7 ndash piesă de legătură icircntre ansamblul cacircrligului şi macara 8 ndash axul macaralei 9 ndash role 10 ndash rulmenţii macaralei 11 ndash plăci laterale

33Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul de foraj reprezinta partea fixa a masinii macara-geamblac Se monteaza in

grupul mastului pe grinzi numite coroana geamblacului Este format dintr-un ax pe care se

monteaza un anumit numar de role (z+1) prin intermediul unor rulmenti Fiecare rola se misca

independent de celelalte (z-numarul de role de la macara) [1]

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

-geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţie romacircnească Avantajul acestui tip

constructiv este acela că este o construcţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

- 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

47

c geamblacul de foraj din două blocuri

- geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se pot roti şi interschimba asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

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

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

a geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

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

b geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

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 ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia [1]

Fig 331 Geamblac cu o roata separata

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 332

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

Alegerea geamblacului de foraj se face in functie de sarcina de lucru maxima de diametrul cablului utilizat de tipul cablului de manevra de tipul macaralei respectiv de tipul ansamblului macara-carlig

48

Pentru instalatia F200-2DH se alege unul din geamblacurile tipizate care sa indeplineasca cerintele impuse

Fig 33 2Geamblac monobloc 1 ndash suport (prin care GF se montează prin şuruburi de coroană ramă) 2ndash ax 3 ndash rolă roată 4 ndash rulment radial-axial cu role conice pe două racircnduri 5 ndash disc distanţier 6 ndash bucşă distanţieră 7 ndash ungător cu bilă (folosit pentru ungerea consistentă a rulmenţilor) (canalele de ungere sunt practicate icircn plan orizontal) 8 ndash placă de presare 9 ndash apărătoare

Pentru instalatia de foraj F 200 se va folosi un geamblac A 6 -32-1250GF-300 (-400C)(vezi [1] cap 54 tab56)adica geamblac de foraj cu 6 roţi role pe ax cu diametrul cablului de manevră de 32 mm

diametrul exterior al rolei de 1250 mm sarcina maximă de lucru 300tfşi temperatura de lucru de ndash

40degC Din tabelul 56 Cap 5 [1]se observă că acest tip de geamblac face parte din clasa

echipamentului (de manevră) 450

Tabel 33 Caracteristicile GeamblaculuiUnMas

Denumire 6-32GF-300Sarcina maxima la coroana geamblacului tf 400

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300Nr Roti manevra - 6

Diam cablului mm 32Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in functie de rulmenti US tonf 416Masa t 28

49

34Alegerea elevatorului 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

Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane de tubare (B-ElPCB) (bdquocasing slip

elevator-spiderrdquo icircn lb en) este o sculă de manevră care se foloseşte icircn timpul tubării puţurilor

atacirct pentru susţinerea coloanei de burlane (CB) ca broască cu pene aşezată pe masa rotativă

(MR) cacirct şi pentru săltarea din penele broaştei şi introducerea coloanei icircn puţ ca elevator (cu

pene) Deci aceste scule se folosesc icircn pereche icircn timpul tubării puţurilor una aşezată pe MR

susţine CB prin icircmpănare icircndeplinind funcţia de broască cu pene (vezi fig 341) iar cealaltă

care este susţinută icircn chiolbaşi avacircnd rolul de elevator (cu pene) se prinde tot prin icircmpănare pe

burlanul care s-a adăugat prin icircnşurubare la coloană saltă CB din broasca cu pene şi o susţine icircn

timpul introducerii ei icircn sondă (vezi fig 342)

Fig 342 Tragerea burlanului pe jilip cu ajutorul unui elevator de tras burlane pentru a fi icircnşurubat icircn

coloana susţinută icircn broasca cu pene

50

Fig 343 Varianta de elevator (cu pene) (cu inel ridicător) a broaştei-elevator cu pene cu două semicorpuri care este susţinută icircn ochiurile inferioare ale chiolbaşilor (11) icircn timpul introducerii coloanei de burlane (12) icircn puţul care se tubează 1 ndash corp carcasă 2 ndash umăr 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă de siguranţă 5 ndash corp de pană 6 ndash bacuri 7 ndash pacirclnie de ghidare 8 ndash cadru ridicător 9 ndash icircmpingătoare 10 ndash mecanism cu pacircrghii de ridicare

Din punct de vedere funcţional se deosebesc tipurile bull broască cu pene (BP) bull elevator cu pene (ElP)

Fig344 Broasca-elevator cu pene

51

In figura 344 este reprezentata Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane (broasca cu pene icircn partea de sus stanga elevatorul cu pene icircn partea dreapta şi vedere de sus a elevatorului cu pene icircn partea de jos) 1ndash corp 2ndash umăr braţ superior 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă (siguranţă pentru chiolbaşi) 5 ndash poartă uşă 6 ndash pene 7 ndash bacuri 8 ndash placă de sprijin (pe masa rotativă) 9 ndash guler de protecţie şi ghidare 10 ndash pacirclnie de ghidare HB ndash icircnălţimea broaştei cu pene HE ndash icircnălţimea elevatorului cu pene l ndash lăţimea broaştei-elevator

Alegerea elevatorului cu pene se face din conditiile urmatoare

FPgtFCBM

(341)

unde

FPleFBminusEl PCB

(342)

Studiind oferta companiei STEROM SA Cacircmpina conform ([1] cap 8 tab88) se alege un elevator cu pene de tipul

B-ElPCB 4frac12 ndash 13⅜ in x 350 ts (9⅝ x 275 ts x 8⅝) (ndash 45ordmC)

icircnseamnă broască-elevator destinată utilizării pentru burlane cu diametrul nominal cuprins

icircntre 4frac12 in şi 13⅜ in (inclusiv) cu sarcina nominală (sarcina maximă de lucru) de 350 ts (320tf)

echipată cu pene set de pene de 958 in cu sarcina nominală (maximă de lucru) de 275 ts (250 tf)

icircn care sunt montate bacuri de 858 in adică această broască-elevator este echipată pentru susţinerea

unei CB de 858 care determină icircn timpul manevrei ei o sarcină maximă la cacircrlig de cel mult 275ts

(250 tf) Ea este executată să lucreze icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash 45 ordmC

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

21t∙981ms2 =20601kN

35 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatorul pentru prăjini de foraj (ElPF) (bdquodrill pipe elevatorrdquo icircn lb en) este o sculă de

manevră care se foloseşte pentru susţinerea garniturii de foraj (GarF) icircn timpul extragerii şi

introducerii ei icircn sondă El prinde sub mufa PF şi este agăţat prin umerii săi icircn ochiurile

inferioare ale chiolbaşilor

ElPF se compune din

52

ndash două corpuri articulate care se icircnchid pe PF prevăzute cu cacircte un umăr cu care se suspendă icircn

ochiurile inferioare (mici) ale chiolbaşilor

ndash icircnchizatorul celor două corpuri

ndash eclise cu bolţuri prinse icircn umeri pentru asigurarea contra ieşirii chiolbaşilor

Elevatoarele se deosebesc prin forma lor modul de icircnchidere a celor două corpuri şi forma

suprafeţei de rezemare a prăjinilor

Din punctul de vedere al icircnchiderii se diferenţiază

ndash ElPF cu icircnchidere centrală (ElPFIcircC)

ndash ElPF cu icircnchidere laterală (ElPFIcircL)

După forma suprafeţei de sprijin al PF se disting

ndash ElPF cu scaun drept (ELPFSD) deci cu suprafaţă de rezemare dreaptă folosite pentru

manevrarea prăjinilor de foraj cu racorduri speciale sudate cu umăr drept (RSSUD) sau cu

racorduri icircnfiletate [1]

Fig 351 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun conic

ndash ElPF cu scaun conic (ElPFSC) care dispun de o suprafaţă de rezemare interioară tronconică cu unghiul de icircnchidere standardizat de 18deg ca şi mufele racordurilor speciale sudate cu umăr conic (RSSUC)

53

Fig 352 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun dreptElevatoarele sunt tipizate prescripţiile generale fiind prevăzute de API Spec 8A [85] şi

Spec 8C [86] Icircn fig 88 este reprezentat un ElPF cu scaun conic iar icircn fig 89 un ElPF cu scaun

drept

In figura 34 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic

Fig 34 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Alegerea elevatorului pentru prajini se face in functie de tipul prajinilor de foraj

1 Daca prajinile sunt cu recorduri speciale infiletate atunci cu scaun drept

2 Daca prajinile sunt cu racorduri speciale sudate atunci cu scaun conic

La alegerea elevatorului trebuie indeplinita conditia

FElgtFGar FMn

(sarcina normala utila de la carlig) (351)

icircn care FGar FM

este sarcina maximă care apare icircn timpul manevrării garniturii pacircnă la adacircncimea

maximă de foraj a puţului respectiv

54

Pentru că prăjinile de foraj sunt cu RSSUC si FGar FM

=122863kN conform tabelului 85

[1] cap 8 se alege un elevator cu scaun conic cu urmatoarea nominalizare

Elevator cu scaun conic 4frac12 x 1214 x 250 adica

elevator cu scaun conic cu dimensiunea nominală de 4frac12 ( pentru prăjini de foraj cu

RSSUC cu diametrul nominal de 4frac12 DPF = 4frac12) cu diametrul interior de 1214 mm (ceea ce

icircnseamnă că se utilizează pentru prăjini cu capetele fie cu II fie cu IEI (conform tabelului 85 cap

8) şi cu sarcina maximă de lucru de 250 tf cu masa mEl=1828kg conform NR 05-1018R STEROM

SA

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

ELpF= mEl middot g (253)

GEl = 1828 kg middot 981 ms2 = 18 kN

36Alegerea chiolbasilor

Chiolbaşii (Ch) (bdquothe drilling linksrdquo bdquoelevator linksrdquo icircn lb en) denumiţi şi bdquobraţele de

elevatorrdquo sunt scule de foraj care fac legătura icircntre cacircrlig şi elevator fiind utilizaţi icircn timpul

manevrei garniturii de foraj (GarF) şi coloanelor de burlane (CB)

Ei se agaţă cu ochiurile superioare de umerii cacircrligului şi susţin cu ochiurile lor inferioare

elevatorul prin umerii acestuia (vezi fig 361) Astfel sarcina datorată GarF sau CB este

preluată prin intermediul elevatorului de către Ch care o transmit cacircrligului [1]

55

Fig 361 Ansamblul format din macara-cacircrlig chiolbaşi şi elevator icircncare este susţinută garnitura de foraj icircn timpul manevrei acesteia

Din punct de vedere al sarcinii de lucru exista 3 tipuri de chiolbasi

1 Usor (sarcini mici)

2 Mediu (sarcini medii)

3 Greu (sarcini mari)

Tipul usor are forma de za alungita iar cel mediu si greu ndash de bara prevazuta la ambele capete cu

ochiuri

Chiolbasii se executa prin forjare in matrita dintr-o singura bucata de otel slab aliat de

constructii pentru a se asigura o rezistenta mare atat prin fibrajul obtinut prin procedeul tehnologic

respective cat si prin compozitie si prin TT folosit

Fig 362 Diferite tipuri de chiolbaşi

Alegerea chiolbasilor se face in functie de sarcina de lucru si de lungimea nominala

Fig 363 Tipurile de chiolbaşi şi dimensiunile lor principale a ndash chiolbaş de tipul uşor b ndash chiolbaş de tipul mediu c ndash chiolbaş de tipul greu C2 ndash raza de curbură interioară a ochiului superior G1 ndash raza de curbură interioară a ochiului

56

inferior D2 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului superior cu umărul cacircrligului H1 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului inferior cu umărul elevatorului d d1 ndash diametrul barei L ndash lungimea de lucru (dintre

punctele de sprijin pe umărul cacircrligului şi pe umărul elevatorului)

Conform normelor prevazute pentru F200-2DH se aleg chiolbasi de tip greu serie Chiolbaşi 69 x 2100 x 320

Gama de sarcini Fch = 320 tf perDimensiuni principale- d1 = 85 mm- C2 = 108 mm

- G1 =70 mm- D2 = 34 mm - H1 = 345 mm- Lungimea totala Lch = 2100 mm- Masa netă informativă mch = 247 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (36)

GCh = 247 kg middot 981 ms2 = 243 kN

37Alegerea cablului de manevra

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

1 la manevră cablul de manevră sau de foraj

2 la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcărit

3 la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancoră

4 pentru rabaterea turlei cablul de praştie

5 la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electrici

Cablurile 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

57

1 de acelaşi diametru 5 la fire2 de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 371)

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

Fig 371 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

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

1 organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)

2 metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)

3 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 ]

58

Fig 372 Cablarea a ndash icircnfăşurarea spre dreapta b ndash icircnfăşurarea spre stacircngac ndash cablarea icircn cruce stacircnga (ZS) d ndash cablarea icircn cruce dreapta (SZ)e ndash cablarea paralelă dreapta (ZZ) f ndash cablarea paralelă stacircnga (SS)

Alegerea cablului se face pe baza sarcinii sale reale minime de rupere (Srm) astfel icircncacirct să fie satisfăcută condiţia de rezistenţă (vezi [1])

Srm gecM middot FM (37)

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

CM - coeficientul de siguranţă pentru operatiile de tubare si instrumentatie care se accepta egal cu

valoarea 2 conform API Spec9B iar FM ste forta maxima din RA a infasurarii cablului Ea se

determina cu expresia[1]

(372)

in care FM este forta totala care actioneaza asupra ramurilor din cablu z ndash nr de role de la macaraηMminusG - randamentul masinii macara-geamblac la ridicareRandamentul masinii macara-geamblac la ridicare se obtine cu relatia (cf[1])

ηMminusG=β2 ∙Zminus1

2 ∙ Z ∙ β2 ∙Z ∙ ( βminus1 ) (373)

unde β este inversul randamentului unei role

β= 1ηRo

(374)

pentru care se admite valoarea β =104 conform API iar ηRo =096 (API) randament role

59

FM=FM

2sdotzsdotηM minusG

Conform tipului de ansamblu MC ales z =5 Atunci rezultă

ηMminusG =

1 04225minus12sdot5sdot1 042sdot5 (1 04minus1 )

=0 811

Forţa F M se calculează cu expresia (conform [1])

FM =F M +GoTsdot(1+

ac(M )

g )

(375)

unde FM

este sarcina maxima utila la carlig GoT - greutatea moarta la tubare g- acceleratia

gravitationala g= 981 ms2 ac(M )

- acceleratia miscarii carligului are valori cuprinse in domeniul

[0515]∙ ms2

Greutatea moartă la tubare se determină ţinacircnd cont de greutatea elementelor ansamblului

MC a chiolbaşilor (Ch) a elevatorului cu pene (ElP) şi a ramurilor de cablu dintre macara şi

geamblac

GoT =

GMC+G ch+GEl P+GCM

(376)

Deoarece la acest moment nu se cunoaşte tipodimensiunea cablului şi ca urmare masa sa unitară se face aproximaţia

GoT iquestGMC+G ch+GEl P (377)

rezulta

GOT=8446 kN+243kN+20601 kN=1075 kN

Ştiind tipul IF se determină

FM

=200tf= 200∙981 =1962kNSe accepta

ac(M )=1 m s2

si se obtine

FM =1962 kN+107 5 kNsdot(1+ 19 81 )=2080 46 kN

60

Se calculeaza

F =

2080 46 kN2sdot5sdot0 811

=256 531 kN

Se determină sarcina reală minimă de rupere necesară a cablului cu formula

Srmnec gecM middot FM (378)

c M=2 ( conform API) si rezulta

Srmnec =2∙256531kN=513062kN

Se alege un cablu Seale cu o măsură a lui Srm astfel icircncacirct să fie icircndeplinită condiţia următoare

Sr mgtSr m nec

(379)

Ca urmare din [1] tabelul 52 se constată că se poate alege

Cablu Seale 6x19-32-1570 SZ STAS1689-80

caracterizat prin

nT=6 nr toroane

n f=19=1+9+9 nr fire din fiecare torondc=32 mm diametrul nominalRm=1570 MPa rezistenta minima de rupere a sarmelorSr m=531 32 kN sarcina reala minima de rupered0=3 mm diametrul sarmelor centraled1=1 45 mm diametrul sarmelor intermediared2=26 mm diametrul sarmelor exterioarem1 C=3 89 kg m masa unitara

Tipul cablării cruce dreapta (SZ) adică sensul de icircnfăşurare a firelor icircn toron este spre stanga(S) iar sensul de icircnfăşurare a toroanelor icircn cablu este spre dreapta (Z)Sr m=531 32gtSr nec=513 062 kN

Deci conditiaSr mgtSr nec este satisfacuta

Se reia calculul pentru verificare

61

Trebuie sa recalculam FM tinand cont si de greutatea cablului GCM

GCM =2sdotzsdotlr CM(M ) sdotqc (3710)

qc - greutatea unitara a cabluluiqc =m1 Csdotg (3711)

qc =3 89 kg msdot9 81 m s2=38 161 N mlr CM(M ) =(15 m+lp )+sminuslb (3712)

lr CM(M )

=(15 m+27 m)+65 mminus9 m=26 m

in care s=65m ndash spatiu de siguranta lb=9m lungimea unui burlanlp=27m lungimea pasului

GCM=2sdot5sdot26 msdot38 161 N m=9 922 kN

GoT=107 5 kN+9 922kN=117 422kN

Pentru IF F200-2DH vom avea

F =

2091 413 kN2sdot5sdot0 811

=257 88 kN

c M=Sr m

F c M=531 32kN

257 88 kN=2 06gtc=2

Tabelul 375 Parametrii caracteristici ai cablurilor Seale 6 x 19 conform STAS 1689-80

38 Alegerea troliului de foraj

62

FN=200sdot9 81kN+117 442kN (1+ 19 81

)=2091 413kN

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

masura normala care este egala cu 9m atunci se obtine

nPG=130 475m9 m

=14 49≃15

Se alege nPG=15 si se recalculeaza LAnPG

LAn PG=15sdot9m=135 mSe recalculeaza coeficientul de lungime al AnPG

c L=96 47 kN

135 msdot1 094kNm

sdot(1minus 157 85 )sdot(cos 30minus03sdotsin 30)

=0 821

si se constata ca valoarea lui se gaseste in domeniul recomandat adica [070 085]

142 Verificarea la flambaj a AnPG (vezi [3] aplicatia5)

Lungimea supusa la compresiune a AnPG este c LsdotLAn PG=0 821sdot135=110 835 m (156)

Se calculeaza lungimea critica de flambaj a AnPG(vezi [1])

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 PGExpresia de sub radical adică

(158)

se numeşte (conform lui N Pacircrvulescu) volum de rigiditate la gravitatie deoarece are dimensiunea unui volum si exprima un caracter de rigiditate al PG

Momentul geometric axial se calculeaza cu formula

I PG= π64

sdot( DPG4 minusDPG i

4 ) (159)

I PG= π64

sdot(15 244minus7 154) cm4=2520 375 cm4≃2 5203sdot10minus5 m4

20

Greutatea unitara aparenta a PG se determina cu formula

qa PG=qPGsdot(1minusρf

ρo) (1510)

Se obtine

qa PG=1 094kNm

sdot(1minus 157 85 )=0 885

kNm

Măsura volumului de rigiditate la gravitaţie al PG este

V PG=21∙ 1011 N

m2∙ 2520375 ∙10minus5 m4

0885∙ 103 Nm

=5981∙ 103 m3

Rezultă imediat măsura lungimii critice de flambaj a AnPG

LAn PG cr=17∙3radic5981∙103 m3=3085 mcong 31 m

Comparand aceasta masura a lungimii critice de flambaj a AnPG cu aceea a lungimii

portiunii din AnPG supuse la compresiune se constata

c LsdotLAn PG=110 835 mgtLAn PG cr=31 m

Ceea ce inseamna ca AnPG flambeaza sub actiunea fortei de apasare pe sapa Avand 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 corector-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 prajinile grele al doilea

al treilea si respectiv al patrulea stabilizator (vezi cap 1fig124 f)

21

Fig 143 Alcătuirea ansamblului de adacircncime al garniturii de foraj

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

Alegerea prajinilor de foraj (vezi Apl 6)Prăjinile de foraj (PF) sunt fabricate din ţevi de oţel laminate la cald icircngroşate la capete Se execută următoarele tipuri de PF [6] ndash PF cu racorduri speciale sudate (prin presiune de contact) (PFRSS) ndash PF cu racorduri speciale filetate (PFRSF)

PFRSS se realizează icircn conformitate cu STAS 80371-80 (bdquoPrăjini de foraj pentru racorduri sudate Clasele de rezistenţă D E şi G-105 Dimensiunirdquo) şi conform normei API 5A ndash pentru PF din clasele de rezistenţă D şi E ndash şi normei API 5AX ndash pentru PF din clasele de rezistenţă X-95 G-105 şi S-135 După forma icircngroşării capetelor PFRSS se execută icircn trei variante (vezi fig 161)

ndash PF cu capete icircngroşate la interior (II) (sau IU ndash Internal Upset conform API) ndash PF cu capete icircngroşate la exterior (IE) (sau EU ndash External Upset conform API) ndash PF cu capete icircngroşate la exterior şi la interior (IEI) (sau IEU ndash Internal- External Upset conform API)

22

Fig 161 Prăjini de foraj cu racorduri speciale sudate (PFRSS) [1] a ndash varianta II (cu capetele icircngroşate la interior) respectiv IU (Internal Upset) conform API b ndash varianta IE (cu capetele icircngroşate la exterior) respectiv EU (External Upset) conform API c ndash varianta IEI (cu capetele icircngroşate la exterior şi la interior) respectiv IEU (Internal-External Upset) conform API

Alte tipuri de PF sunt ndash PF cu perete gros ( Thick Wall Drill-Pipe icircn lb en) ndash PF cu grosimea de perete variabilă ndash PF cu racorduri speciale sudate cu canale elicoidale şi cu perete gros

Racordurile speciale pentru sudare (RSS) de la PF cu II IE şi IEI au tipodimensiunile şi

condiţiile tehnice reglementate icircn STAS 75701-80 (bdquoRacorduri speciale pentru sudare prin contact

la prăjini de foraj din clasele de rezistenţă D şi Erdquo) icircn norma API Spec 7 şi de asemenea icircn

normele interne ale firmelor constructoare RSS se execută icircn două variante constructive (fig

162)

ndash varianta A RSS cu scaun conic

ndash varianta B RSS cu scaun drept

23

Fig 162 Racorduri speciale pentru sudare (RSS) la prăjini de foraj [2] varianta A (cu scaun conic) varianta B (cu scaun drept)

Normele API Spec 7 prevăd RS şi pentru PF confecţionate din oţeluri din clasele de rezistenţă

superioare X-95 G-105 şi S-135

RSS sunt prevăzute cu icircmbinări filetate cu umăr (IcircFU) standardizate icircn STAS 8351-80

Alegerea prăjinilor de foraj

A alege prăjinile de foraj (PF) icircnseamnă a stabili ndash tipul PF

ndash diametrul nominal (DPF) şi grosimea de perete (sPF)

ndash clasa (gradul) de rezistenţă ndash clasa de uzură

ndash intervalul de măsuri ale lungimii

Criteriile pe baza cărora se face alegerea PF sunt următoarele

1) rezistenţă maximă la solicitările statice şi variabile care se asigură prin alegerea

corespunzătoare a tipului de PF a clasei de rezistenţă şi a celei de uzură a PF a intervalului de

măsuri ale lungimii PF şi a unei măsuri a grosimii de perete cacirct mai mari

2) rezistenţă maximă la acţiunea mediului coroziv care impune alegerea corespunzătoare a oţelului

şi dacă este cazul alegerea PF cu acoperiri speciale anticorozive şi de asemenea a unei măsuri a

grosimii de perete cacirct mai mari

3) energie minimă consumată icircn timpul forajului care icircnseamnă

a) energie mecanică de rotaţie minimă care se asigură prin alegerea unor măsuri ale

diametrului nominal şi grosimii de perete cacirct mai mici 24

b) energie hidraulică minimă (consumată prin circulaţia fluidului de foraj)ceea ce

presupune o pierdere de presiune minimă la curgerea fluidului de foraj prin interiorul PF care

determină alegerea unei măsuri cacirct mai mici a grosimii de perete

4) energie minimă consumată icircn timpul manevrei GarF ceea ce presupune alegerea PF cu măsura

minimă a masei unitare

Diametrul nominal al PF reprezinta diametrul exterior al corpului PF DPF=DPFe (161)

Diametrul nominal al PF se determina in functie de Dsmasurile orientative fiind date in tabelul de mai jos

Ds mm 150170 150200 175225 200250 225300 gt250DPF mm(in) 889(3 frac12) 1016(4) 1143(4 frac12) 127(5) 1397(5 frac12) 1683(658)

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

Pentru diametrul sapei de foraj determinat icircn subcapitolul anterior Ds= 1715 mm = 634rdquo se alege diametrul nominal al prăjinii de foraj DPF =4 frac12rdquo = 1143 mm

Din STAS 8037 ndash 88 (vezi aplicatia 5 tabelul 1) se alege diametrul nominal standardizat 412rdquo E 75 cu urmatoarele caracteristici

- masa cu racorduri m1PF= 33 Kgm

- grosimea peretelui s= 1092 mm

- diametrul interior DPfi= 9246=925 mm

- aria prăjinii de foraj A= 3547 mm2

- modulul de rezistentă WP= 10583 cm3

- tipul icircngroşării EU

- gradul de rezistenta E 75

- presiunea exterioara limita pel= 894 bar= 894MPa

- presiunea interioara limita pil= 865 bar =865MPa

- forţa de tracţiune limita FtcL= 1834 kN

- momentul de torsiune limita MtLPF= 5003 kNm

- tipodimensiunea IFU a RSS NC46 (4IF)

Solicitari care duc la limita de curgere a RSS

- momentul de insurubare limita dpdv al curgerii materialului RSS

25

M i RS L=53 69 kNm

FtRSL = 4 664 kN (forţa de tracţiune limită dpdv al curgerii materialului RSS)

- momentul de insurubare recomandatM i r=27 3 kNm

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)

Se obtine

APF=π4sdot(114 32 mmminus92 462 mm)=3547 mm2

Se determina modulul de rezistenta polar al sectiunii transversale a corpului PF cu formula

W p=I p

DPF

2

(162)

unde I p este momentul geometric polar al sectiunii transversale a corpului PF

I p=π32

∙( DPF4 minusDPFi

4 )= π32

∙ DPF4 ∙[1minus( DPFi

DPF)

4] (163)

I p=π

32sdot114 34 mmsdot[1minus(925 mm

114 3 mm )4 ]=9569240 653 mm4=956 924 mm3

deci

W p=π

16sdotDPF

3 sdot[1minus( DPF i

DPF)

4]

(164)

Rezulta

W p=π

16sdot114 33sdot[1minus(92 5

114 3 )4]=167658 175 mm3

Calculul tensiunii de tractiune

σ tcl=F tcl

APF

(165)

26

σ tcl=1834 kN

3547 mm2 =1834 ∙ 103 N3547 mm2 =517056 ∙106 Pa

Aceasta tensiune arata limita de curgere minima conform tabelului cu caracteristicile

mecanice ale prajinilor de foraj pentru clasa de rezistenta E75 (vezi aplicatia 6) Limita de curgere

trebuie sa se situeze in intervalul 517hellip724 In cazul nostrum limita este 517 MPa care se

incadreaza intre valorile recomandate

-calculul tensiunii tangentiale τ=G∙θ ∙ r (166)

θ=M t

G ∙ I p

(16 7)

Unde G este modulul de elasticitate transversal al materialului din care se confectioneaza PFPentru otel G= 81010 Paθ- torsiunea specificar- raza punctului considerat din sectiunea transversala a corpului PF

θ= 5003∙ 103 Nm8 ∙ 1010 N m2 ∙ 0956∙ 10minus5m4 =653 ∙ 10minus2 1

m

τ=8 ∙1010 N

m2∙ 653 ∙ 10minus2 mminus1∙ 5785∙ 10minus2m=29855106

N

m2

Aceasta tensiune reprezinta tensiunea tangentiala de curgere

Lungimea ansamblului superior utilizat pentru forajul putului de exploatare se determina cu

expresia

LAn S=H MminusLAn PG (168) LAn S=3500 mminus162 m=3338 m

Se calculeaza numarul de PF

nPF=

LAn S

lPF (169)Considerand ca lungimea unei prajini este cea normala adica 9m se obtine

nPF=3338

9=37088

Se alege nPF=371 si se recalculeaza lungimea AnS

LAnS=371∙9m=3339 m

27

17Alegerea 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

garnitura stanga) [1]

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 masa rotativă 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 (658 REG) in timpul forajului după tubarea unei coloane de burlane prăjina

de antrenare trebuie uneori schimbată ndash diametrul cepului 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 de lucru 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 [1]

28

Fig 171 Prăjina de antrenare forjată a ndash pătrată b ndash hexagonală

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

Alegerea 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-cep

Se prefera alegerea unei prajini de antrenare forjate deoarece nu necesita reductii de legatura

proprii asa cum este cazul prajinii laminate

29

Fig172 Reducţii de legătură icircntre prăjina de antrenare (PA) şi racordul special (RS) denumite RLRS a ndash

reducţie dreaptă (pentru icircmbinări filetate cu aceleaşi dimensiuni) b ndash reducţie icircn trepte (pentru icircmbinări filetate cu

dimensiuni diferite)

Se alege o prajina de antrenare forjata patrata avand elementul de imbinare superioara de

tipul mufa cu filet stanga de tipul 658 REG pentru asamblarea cu reductie cap hidraulic(RLCH)

Pentru ansamblul superior al garniturii de foraj s-a stabilit ca se iau prajini de foraj de 4 12 in cu

racorduri speciale sudare(RSS) cu IEI si tipodimensiunea IFU NC 46

Ca urmare conform tabelului 1 aplicatia 7 se alege prajina de antrenare in varianta

constructiva 1(standard) cu dimensiunea nominala de 4 frac14 in Se foloseste o RLPA dreapta de

tipul mufa(NC46)-cep(NC46) ca in figura 172 a

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 infDPA

mm(in)DPAi mm

a mm

lPA m

mPAkg

1cep

6 58 REGmufăNC46

mufă6 58

REG

cepNC46

A (dreapta) NC46-NC46

108(4 14)

714 108 12192 800

30

18 Alegerea tipului de instalatie de foraj

Instalaţia de foraj reprezintă totalitatea maşinilor utilajelor si instalaţiilor necesare săpării unei sonde

Studiul pe sisteme al instalaţiilor de foraj corespunde principalelor operaţii care se efectuează

pentru forarea unei sonde precum si principalelor grupe de maşini si utilaje care intra in

componenta acestor instalaţii

Sistemele de lucru ale unei instalaţii de foraj sunt

1 Sistemul de manevra mdash SM- cu ajutorul căruia se realizează ridicarea si coboracircrea

sarcinilor

2 Sistemul de circulaţie - SC - care asigura circulaţia fluidului de foraj

3 Sistemul de rotire - SR - care realizează rotirea garniturii de prăjini in timpul forajului

In cazul instalaţiilor de foraj transportabile apare si sistemul de transport

Pentru asigurarea condiţiilor de funcţionare a sistemelor de lucru instalaţia de foraj mai

cuprinde sistemul de comenzi instalaţia de preparare si curăţare a fluidului de foraj dispozitive

de mecanizare si automatizare ansamblul de scule materialul tubular [1]

Alegerea instalaţiei de foraj se face pe baza sarcinii maxime utile (sarcinii maxime de lucru) FM (V APLICATIA 9)

In aplicatiile anterioare s-au determinat greutatile fiecarei coloane de burlane si anume

GCI(I)= 1413516 kN GCE= 722187kN

Rezulta ca cea mai grea CB GCBM=max GCI(I) GCE=1413516 kN

S-au ales pentru forajul putului de exploatare prajini grele cu DPG=6 in=1524 mm

DPGi=2 1316 in= 715 mm m1PG = 1115 kgm qPG=1094kNm LAnPG=135 m

Se determina greutatea AnPG

GAn PG=qPGsdotL An PG

(181)

si se obtine

GAnPG=1094kNm135m=14769kN

Greutatea unitara a PFse calculeaza folosind formula

qPF=m1 PFsdotg (182)

qPF=33kgm

sdot9 81m

s2=323 73

Nm

31

Greutatea AnS va fi

GAn S=qPFsdotLAn S (183)

GAn S=323 73Nm

sdot3 339sdot103 m=1080 934kN

Greutatea GarF se obtine insumand greutatea AnPG si greutatea AnS

GGar F=GAn PG+GAn S (184)

Se obtine

GGar F=147 69 kN+1080 934 kN=1228 624 kN

Se considera ca cea mai grea GarF este garnitura utilizata pentru forajul putului de exploatare

GGar F M=1228 624 kN

Alegerea IF se face pe baza sarcinii nominale de la carlig si a tipului de actionare

FM =max FM T FM D (185)

Sarcina maxima utila de tubare se calculeaza cu formula[1]

FM T

=GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+(1+kmf( M ) )sdot

ac

( M )

g ] (186)

in care

k r(M )estecoeficientul fortei de frecare la ridicarea coloanei de burlane intre peretele putului si

fluidul de foraj k mf(M )minusiquestcoeficientul de masa al fluidului de foraj din interiorul coloanei aderent la

coloana ac(M )- acceleratia miscarii carligului in cazul ridicarii sarcinii normale

kDij- coeficientul diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

ρ0 ndashdensitatea otelului din care sunt confectionate burlanele

ρf -densitatea fluidului de foraj

Coloana fiind considerată plină cu fluid de foraj cu aceeaşi măsură a densităţii ca şi aceea

din interiorul puţului forat coeficientul k mf(M ) se determină cu formula [1]

k m f=ρf

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1] (187)

unde DCB este diametrul nominal al CB GCBM ndash greutatea celei mai grele coloane de burlane Sfa- grosimea startului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al coloanei de burlane

32

LCB ndash lungimea CB lj ndash lungimea tronsonului de ordinul j kDij ndash coef diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

K Dij=Dibj

DCB

(188)

Pentru CI(I) de 858in vom avea

DCI(I)=858in= 2191 mmntCI(I)=6

sB jisin 10 16 10 16 8 94 10 16 10 16 11 43 mmDi B jisin 198 8 198 8 2012 198 8198 8 196 8 mm

k Di jisin 0 907 0 907 0 918 0 907 0 907 0 898 l jisin 255 325 460 520 395 705 m

LCI(I)=HCI(I)=2660m

=125tm3

sf a=0 653 mm grosimea stratului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al CB

iquestsumj=1

6

(1minusk Di j2 )sdotl j=

(1-09072)sdot255+(1minus09072 )sdot325+(1-09182 )sdot460+ (1minus09072 )sdot52 0++ (1-09072)sdot39 5+(1minus0 8982)sdot705=473 972 m

Se admite

k r(M )=02

si ac

(lt M )=1 ms2 Se obţine

Sarcina maxima utila la tubare

FM T =1413 516 kN sdot[(1minus1 25 t m3

7 85 t m3 )sdot(1+02 )+ (1+0 745 )sdot 19 81 ]=1677 556 kN

Sarcina maxima utila de degajare a celei mai grele garnituri de foraj se determina cu relatia[1]

FM D =GGar F Msdot(1minus ρ f

ρo)+FD M

FD M este forta de degajare maxima FD M =300kN

33

k m f(M )=

ρ f

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

5

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1]=

Măsura lui FDM se apreciază icircn funcţie de măsura lui HM conform tabelului 1 aplicatia 9

FM D =1228 624 kNsdot(1minus1 25 t m3

7 85 t m3)+300 kN=1332 983

kN

Conform rezultatelor de mai sus se obtineFM

=max 1677 556 1332983 kN=1677 556 kN 9 81≃171 0047 tf

Ca urmare se poate alege o IF transportabilă pe cale terestră pe subansamble (SAn) din clasa F 200 (vezi [1])

Tipul acţionării se alege icircn funcţie de posibilitatea de alimentare cu energie electrică a IF icircn

zona de amplasare de instalaţiile aflate icircn dotarea firmei de foraj şi de costul comparativ al

combustibilului şi al energiei electrice din perioada cacircnd o să lucreze instalaţia icircn situaţia icircn care

firma dispune de instalaţii cu acţionări neautonome sau autonome

Se admite că situaţia din zona de amplasament a IF impune o acţionare de tipul DH Avacircnd

icircn vedere acest lucru rezultă că se poate alege o IF de tipul

F-200-2DH (T(SAn))

19 Concluzii

Pe baza datelor luate din materialul didactic si standardele nationale cat si internationale s-a

facut un calcul teoretic de alegere al instalatiei de foraj Luand in consideratie ca mediul real poate

aduce un aport negativ asupra calculelor teoretice in rezultatele prezentate mai sus s-au luat niste

coeficienti de siguranta care sa acopere riscurile posibile totodata s-a constatat ca desi pentru

Sonda 7 Pacurari este necesara o instalatie mai mica decat cea aleasa am fost nevoit sa aleg anume

F200-2DH deoarece conditiile tehnico-economice presupun utilizarea tipului utilajului folosit deja

in industria petroliera si standardizat conform normelor STAS si API

2 PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

21 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

34

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

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 arborele 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 [1]

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 MBM 820 cu supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului DH de tipul GF-820+CHC-750-2 sunt

prezentate icircn fig 21 Se analizează dependenţele funcţionale reprezentate de aceste curbe (vezi

aplicatia 13)

35

Fig 2 1 Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului de acţionare de tipul DHformat din GF 820 şi CHC-750-2 pentru reglarea motorului diesel la sarcină plină

şi funcţionarea lui cu gradul maxim de accelerare (la care puterea maximă amotorului este puterea nominală Pn) şi funcţionarea lui cu gradul maxim deaccelerare MI MII ndash momentul dezvoltat la arborele primar (I) respectiv laarborele secundar (II) al CHC ωI ωII ndash viteza unghiulară PI PII ndash puterea

ηCHC ndash randamentul CHC

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (210)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (211)

Tabel 311 Parametrii functionali ai grupului de actionare GF-820 + CHC-750-2

36

Fig 211 Curba caracteristica exterioara a CHC este o caracteristica flexibila cresterea momentului rezistent este

preluata de CHC prin reducerea importanta a vitezei unghiulare a arborelui secundar

Din aceste grafice se deduce ca pentru ηm= 07 DEF al CHC-750-2 reprezentat prin ηCH ϵ

[0700 0847] nII ϵ [275 950] rotmin MII ϵ [14730 4000] kNm

Din datele obinute rezulta avantajele utilizarii CHC in cadrul GA de tipul DH

1 CHC lucreaza ca un variator continuu de viteza adica ωII se modifica automat si continuu odata cu variatia momentului rezistent aplicat arborelui secundar astfel se spune ca CHC isi regleaza regimul de functionare deci CHC permite o autoadaptare a GA la sarcina

2 Utilizarea CHC simplifica lantul cinematic al IF37

3 CHC protejeaza motorul Diesel impotriva suprasarcinilor si a socurilor transmise de la antorul sistemului de lucruinclusive in situatia blocarii secundarului

Fig 212 Curbele caracteristice pentru sarcina plina ale motorului MBM-820 si curba puterii in functie de sarcina plina a aceluiasi motor

22 Alegerea modului de acţionare

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

38

Instalaţiie 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[1]

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

39

Fig 221 Schema structural-functionala a unei instalatii de foraj cu mod de actionare centralizatin varianta MAC2 cu

actionare DH

S-a ales varianta MAC2 in care PN este actionata separat formand impreuna cu GA si transmisiile mecanice respective un grup motopompa (GMP) dupa cum TA este DH vezi 1[1])

23 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

1 pompe centrifuge pentru hidrocicloane2 site vibratoare 3 agitatoare4 pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de foraj5 pompe centrifuge pentru apa6 pompe centrifuge pentru chimicale7 pompe pentru reziduuri8 pompe pentru combustibil9 comanda hidraulica a prevenitoarelor10 instalaţie pentru uscarea aerului11 agregate pentru icircncălzire12 maşini-unelte13 agregat pentru sudura

40

14 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

Tabel 231 Consumatorii auxiliari de forta utilizati in cadrul IF de tipul F200-2DH si puterea lor

NrCrt

Denumirea consumatorilor Puterea motorului

kW

NrmotoarePuterea totala

kW

A Instalatia de foraj propriu-zisa

1 Site virbatoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 10 75

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa racire troliu 75 1 75

5 Pompa apa racire frina hidraulica 75 1 75

6 Pompe instalatie amestec chimicale 3 2 6

7 Pompe combustibil 3 2 6

8 Pompe ulei 15 1 15

9 Pompe de preparare a fluidului de foraj 75 2 150

10 Pompa baterie denisipare 55 1 55

11 Pompa baterie desmiluire 50 1 50

12 Instalatie degazeificare 5 1 5

13 Degazeificator 30 1 30

14 Instalatie de preparare centrifuga 20 3 60

15 Instalatie transport material pulverulent 4 1 4

16 Dispozitiv salvare garnitura 20 1 20

17 Dispozitiv strins-slabit 11 1 11

18 Dispozitiv manevra prajini grele 75 1 75

19 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

20 Pod tubaj reglabil 75 1 75

21 Instalatie comanda prevenitoare 11 1 11

41

22 Instalatie de uscare aer 15 1 15

23 Instalatie iluminat normal 18 1 18

24 Instalatie iluminat siguranta 08 1 08

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

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

PCsAF = 5928 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

24 Calculul puterii instalate

Puterea instalata a IF (Prsquo) reprezinta puterea motoarelor utilizate pentru actionarea

antoarelor principale a celor auxiliare si pentru actionarea celorlalte utilaje si instalatii folosite

pentru executarea diverselor operatii auxiliare

Prsquo = P + PCsAF (241)

P = n Pn (242)

Pn-Puterea nominala a motorului MB820 Pn= 655 kW

n-numarul de motoare folosite

P = (2+2) ∙ PnP = (2 + 2) 655kW = 2620 kW

Prsquo= 2620 kW + 5928 kW = 32128 kW

25 ConcluziiIn capitolul 2 s-au ales grupurile de actionare Alegerea s-a facut pe baza analizei

parametrilor motoarelor si caracteristicile acestora s-a evidentiat modul de utilizare al acestor

grupuri de actionare astfel incat sa fie satisfacute conditiile de tehnologicitate si economicitate

Acest lucru s-a facut pentru a obtine niste parametri de lucru cat se poate eficienti si economici

deoarece in cazul neindeplinirii uneia din conditii se pot intampla atat stagnari ale procesului

normal de foraj (uneori poate chiar si cu consecinte catastrofale) cat si pierderi financiare mari

42

3 ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ SI PREZENTAREA PARAMETRILOR SI CARACTERISTICILOR LOR

31Alegerea capului hidraulic

Fig31 Secţiune prin CH (reprezentare schematică (a) şi reprezentare constructivă (b))1 ndash corp (oală) 2 ndash bolţ 3 ndash toartă (biglu) 4 10 ndash rulment cu role cilindrice (de ghidare) 5 11 ndash garnituri de

etanşare 6 ndash rulment axial principal cu role conice 7 ndash fus 8 ndash reducţie 9 ndash rulment axial secundar cu bile 12 ndash felinar (capac) 13 ndash lulea 14 ndash piuliţă inferioară 15 ndash ţeavă de spălare 16 ndash cutie de etanşare 17 ndash etanşarea icircntre

partea superioară a ţevii de spălare şi lulea 18 ndash piuliţă superioară 19 ndash şuruburi de fixare

Capul hidraulic [1] (CH) este un utilaj care face parte din ansamblul de antrenare a GarF

El reprezinta nodul de legatura intre cele trei echipamente principale (EqPr) ale IF echipamentul

de circulatie (EqC) echipamentul de rotatie (EqR) si de manevra (EqM)

CH este suspendat in ciocul cirligului triplex cu ajutorul toartei sale La randul sau CH sustine

garnitura de foraj prin intermediul reductiei de legatura si al prajinii de antrenare De luleaua CH

se monteaza furtunul de noroi

43

Ca urmare functiunile CH sunt

1 Sustinerea GarF in timpul forajului

2 Permiterea rotatiei GarF

3 Conducerea fluidului de forajsub presiunede la FN la PA prin lulea teava de spalare

fus si RLCHin cazul circulatiei directe

Marimile fizice principale ale CH1 marimile functionale

- sarcina de lucru maxima

- turatia maxima a fusului

- presiunea maxima a fluidului de foraj

2 marimile dimensional-constructive

- diametrul interior al tevii de spalare

- tipo-dimensiulnile de legatura

3 marimile de anduranta

- sarcina limitacapacitatea in functie de rulmentul principal

- durabilitatea rulmentului principal

- durabilitatea etansarii tevii de spalare

Fig 31 Capul hidraulic (CH) montat icircn ciocul cacircrligului icircn timpul forajului

Alegerea capului hidraulic se face pe baza sarcinii maxime de lucru (FCH M

) si trebuie sa echipeze instalatia de foraj F200-2DH [1]

44

FCH M

geF M

(31)

FM =200 tf

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

(32)

Capetele hidraulice construite icircn Romacircnia sunt tipizate conform SR 5736 [66] care este

elaborat icircn concordanţă cu API Spec 8A [67] şi API Spec 8C [68]

Din tab 62 Cap 6 6 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH ndash 320 (ndash40degC) SR 5736

necesar instalaţiei de foraj alese F200

CHndash320 (ndash40degC) SR 5736 este un cap hidraulic echipat cu rulment axial-oscilant cu role

butoi cu sarcina maximă de lucru de 320tf care lucrează icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash

40degC

Conform SR 5736 acest tip de CH se caracterizează şi prin

Sarcina limită sau capacitatea maximă icircn funcţie de rulmentul principal FRLCH=147tf

pM = 35MPa nM = 300 rotmin di = 762 mm LP 4 (filetul de legătură al lulelei cu FF) 6⅝

REG LH (filetul de legătură cu RLCH)

32Alegerea ansamblului macara carlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 32 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]

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia [1]

FMC ge FCM (321)

Din tab32 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32-1250 MC -300 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii

45

Tabel 31 Caracteristicile Ansamblului Macara-Carlig

Tabelul 32 Tipurile de macarale-cacircrlig construite icircn Romacircnia şi caracteristicile lor (cf [69])

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (32)

GMC =8610t middot 981 ms2 = 84464 kN

46

UnMas F200Denumire 5-32MC-300

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300

Nr Roti manevra - 5

Diam cablului mm 32

Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140

Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in f-ie de rulmenti US tonf 347

Masa t 8610

Fig 32 Construcţia ansamblului-cacircrlig mono-bloc 1 ndash cacircrlig triplex 2 ndash bolţ 3 ndash pahar şi rulment axial 4 ndash tijă 5ndash piston 6 ndash arcuri de destindere 7 ndash piesă de legătură icircntre ansamblul cacircrligului şi macara 8 ndash axul macaralei 9 ndash role 10 ndash rulmenţii macaralei 11 ndash plăci laterale

33Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul de foraj reprezinta partea fixa a masinii macara-geamblac Se monteaza in

grupul mastului pe grinzi numite coroana geamblacului Este format dintr-un ax pe care se

monteaza un anumit numar de role (z+1) prin intermediul unor rulmenti Fiecare rola se misca

independent de celelalte (z-numarul de role de la macara) [1]

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

-geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţie romacircnească Avantajul acestui tip

constructiv este acela că este o construcţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

- 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

47

c geamblacul de foraj din două blocuri

- geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se pot roti şi interschimba asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

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

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

a geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

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

b geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

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 ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia [1]

Fig 331 Geamblac cu o roata separata

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 332

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

Alegerea geamblacului de foraj se face in functie de sarcina de lucru maxima de diametrul cablului utilizat de tipul cablului de manevra de tipul macaralei respectiv de tipul ansamblului macara-carlig

48

Pentru instalatia F200-2DH se alege unul din geamblacurile tipizate care sa indeplineasca cerintele impuse

Fig 33 2Geamblac monobloc 1 ndash suport (prin care GF se montează prin şuruburi de coroană ramă) 2ndash ax 3 ndash rolă roată 4 ndash rulment radial-axial cu role conice pe două racircnduri 5 ndash disc distanţier 6 ndash bucşă distanţieră 7 ndash ungător cu bilă (folosit pentru ungerea consistentă a rulmenţilor) (canalele de ungere sunt practicate icircn plan orizontal) 8 ndash placă de presare 9 ndash apărătoare

Pentru instalatia de foraj F 200 se va folosi un geamblac A 6 -32-1250GF-300 (-400C)(vezi [1] cap 54 tab56)adica geamblac de foraj cu 6 roţi role pe ax cu diametrul cablului de manevră de 32 mm

diametrul exterior al rolei de 1250 mm sarcina maximă de lucru 300tfşi temperatura de lucru de ndash

40degC Din tabelul 56 Cap 5 [1]se observă că acest tip de geamblac face parte din clasa

echipamentului (de manevră) 450

Tabel 33 Caracteristicile GeamblaculuiUnMas

Denumire 6-32GF-300Sarcina maxima la coroana geamblacului tf 400

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300Nr Roti manevra - 6

Diam cablului mm 32Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in functie de rulmenti US tonf 416Masa t 28

49

34Alegerea elevatorului 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

Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane de tubare (B-ElPCB) (bdquocasing slip

elevator-spiderrdquo icircn lb en) este o sculă de manevră care se foloseşte icircn timpul tubării puţurilor

atacirct pentru susţinerea coloanei de burlane (CB) ca broască cu pene aşezată pe masa rotativă

(MR) cacirct şi pentru săltarea din penele broaştei şi introducerea coloanei icircn puţ ca elevator (cu

pene) Deci aceste scule se folosesc icircn pereche icircn timpul tubării puţurilor una aşezată pe MR

susţine CB prin icircmpănare icircndeplinind funcţia de broască cu pene (vezi fig 341) iar cealaltă

care este susţinută icircn chiolbaşi avacircnd rolul de elevator (cu pene) se prinde tot prin icircmpănare pe

burlanul care s-a adăugat prin icircnşurubare la coloană saltă CB din broasca cu pene şi o susţine icircn

timpul introducerii ei icircn sondă (vezi fig 342)

Fig 342 Tragerea burlanului pe jilip cu ajutorul unui elevator de tras burlane pentru a fi icircnşurubat icircn

coloana susţinută icircn broasca cu pene

50

Fig 343 Varianta de elevator (cu pene) (cu inel ridicător) a broaştei-elevator cu pene cu două semicorpuri care este susţinută icircn ochiurile inferioare ale chiolbaşilor (11) icircn timpul introducerii coloanei de burlane (12) icircn puţul care se tubează 1 ndash corp carcasă 2 ndash umăr 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă de siguranţă 5 ndash corp de pană 6 ndash bacuri 7 ndash pacirclnie de ghidare 8 ndash cadru ridicător 9 ndash icircmpingătoare 10 ndash mecanism cu pacircrghii de ridicare

Din punct de vedere funcţional se deosebesc tipurile bull broască cu pene (BP) bull elevator cu pene (ElP)

Fig344 Broasca-elevator cu pene

51

In figura 344 este reprezentata Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane (broasca cu pene icircn partea de sus stanga elevatorul cu pene icircn partea dreapta şi vedere de sus a elevatorului cu pene icircn partea de jos) 1ndash corp 2ndash umăr braţ superior 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă (siguranţă pentru chiolbaşi) 5 ndash poartă uşă 6 ndash pene 7 ndash bacuri 8 ndash placă de sprijin (pe masa rotativă) 9 ndash guler de protecţie şi ghidare 10 ndash pacirclnie de ghidare HB ndash icircnălţimea broaştei cu pene HE ndash icircnălţimea elevatorului cu pene l ndash lăţimea broaştei-elevator

Alegerea elevatorului cu pene se face din conditiile urmatoare

FPgtFCBM

(341)

unde

FPleFBminusEl PCB

(342)

Studiind oferta companiei STEROM SA Cacircmpina conform ([1] cap 8 tab88) se alege un elevator cu pene de tipul

B-ElPCB 4frac12 ndash 13⅜ in x 350 ts (9⅝ x 275 ts x 8⅝) (ndash 45ordmC)

icircnseamnă broască-elevator destinată utilizării pentru burlane cu diametrul nominal cuprins

icircntre 4frac12 in şi 13⅜ in (inclusiv) cu sarcina nominală (sarcina maximă de lucru) de 350 ts (320tf)

echipată cu pene set de pene de 958 in cu sarcina nominală (maximă de lucru) de 275 ts (250 tf)

icircn care sunt montate bacuri de 858 in adică această broască-elevator este echipată pentru susţinerea

unei CB de 858 care determină icircn timpul manevrei ei o sarcină maximă la cacircrlig de cel mult 275ts

(250 tf) Ea este executată să lucreze icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash 45 ordmC

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

21t∙981ms2 =20601kN

35 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatorul pentru prăjini de foraj (ElPF) (bdquodrill pipe elevatorrdquo icircn lb en) este o sculă de

manevră care se foloseşte pentru susţinerea garniturii de foraj (GarF) icircn timpul extragerii şi

introducerii ei icircn sondă El prinde sub mufa PF şi este agăţat prin umerii săi icircn ochiurile

inferioare ale chiolbaşilor

ElPF se compune din

52

ndash două corpuri articulate care se icircnchid pe PF prevăzute cu cacircte un umăr cu care se suspendă icircn

ochiurile inferioare (mici) ale chiolbaşilor

ndash icircnchizatorul celor două corpuri

ndash eclise cu bolţuri prinse icircn umeri pentru asigurarea contra ieşirii chiolbaşilor

Elevatoarele se deosebesc prin forma lor modul de icircnchidere a celor două corpuri şi forma

suprafeţei de rezemare a prăjinilor

Din punctul de vedere al icircnchiderii se diferenţiază

ndash ElPF cu icircnchidere centrală (ElPFIcircC)

ndash ElPF cu icircnchidere laterală (ElPFIcircL)

După forma suprafeţei de sprijin al PF se disting

ndash ElPF cu scaun drept (ELPFSD) deci cu suprafaţă de rezemare dreaptă folosite pentru

manevrarea prăjinilor de foraj cu racorduri speciale sudate cu umăr drept (RSSUD) sau cu

racorduri icircnfiletate [1]

Fig 351 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun conic

ndash ElPF cu scaun conic (ElPFSC) care dispun de o suprafaţă de rezemare interioară tronconică cu unghiul de icircnchidere standardizat de 18deg ca şi mufele racordurilor speciale sudate cu umăr conic (RSSUC)

53

Fig 352 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun dreptElevatoarele sunt tipizate prescripţiile generale fiind prevăzute de API Spec 8A [85] şi

Spec 8C [86] Icircn fig 88 este reprezentat un ElPF cu scaun conic iar icircn fig 89 un ElPF cu scaun

drept

In figura 34 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic

Fig 34 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Alegerea elevatorului pentru prajini se face in functie de tipul prajinilor de foraj

1 Daca prajinile sunt cu recorduri speciale infiletate atunci cu scaun drept

2 Daca prajinile sunt cu racorduri speciale sudate atunci cu scaun conic

La alegerea elevatorului trebuie indeplinita conditia

FElgtFGar FMn

(sarcina normala utila de la carlig) (351)

icircn care FGar FM

este sarcina maximă care apare icircn timpul manevrării garniturii pacircnă la adacircncimea

maximă de foraj a puţului respectiv

54

Pentru că prăjinile de foraj sunt cu RSSUC si FGar FM

=122863kN conform tabelului 85

[1] cap 8 se alege un elevator cu scaun conic cu urmatoarea nominalizare

Elevator cu scaun conic 4frac12 x 1214 x 250 adica

elevator cu scaun conic cu dimensiunea nominală de 4frac12 ( pentru prăjini de foraj cu

RSSUC cu diametrul nominal de 4frac12 DPF = 4frac12) cu diametrul interior de 1214 mm (ceea ce

icircnseamnă că se utilizează pentru prăjini cu capetele fie cu II fie cu IEI (conform tabelului 85 cap

8) şi cu sarcina maximă de lucru de 250 tf cu masa mEl=1828kg conform NR 05-1018R STEROM

SA

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

ELpF= mEl middot g (253)

GEl = 1828 kg middot 981 ms2 = 18 kN

36Alegerea chiolbasilor

Chiolbaşii (Ch) (bdquothe drilling linksrdquo bdquoelevator linksrdquo icircn lb en) denumiţi şi bdquobraţele de

elevatorrdquo sunt scule de foraj care fac legătura icircntre cacircrlig şi elevator fiind utilizaţi icircn timpul

manevrei garniturii de foraj (GarF) şi coloanelor de burlane (CB)

Ei se agaţă cu ochiurile superioare de umerii cacircrligului şi susţin cu ochiurile lor inferioare

elevatorul prin umerii acestuia (vezi fig 361) Astfel sarcina datorată GarF sau CB este

preluată prin intermediul elevatorului de către Ch care o transmit cacircrligului [1]

55

Fig 361 Ansamblul format din macara-cacircrlig chiolbaşi şi elevator icircncare este susţinută garnitura de foraj icircn timpul manevrei acesteia

Din punct de vedere al sarcinii de lucru exista 3 tipuri de chiolbasi

1 Usor (sarcini mici)

2 Mediu (sarcini medii)

3 Greu (sarcini mari)

Tipul usor are forma de za alungita iar cel mediu si greu ndash de bara prevazuta la ambele capete cu

ochiuri

Chiolbasii se executa prin forjare in matrita dintr-o singura bucata de otel slab aliat de

constructii pentru a se asigura o rezistenta mare atat prin fibrajul obtinut prin procedeul tehnologic

respective cat si prin compozitie si prin TT folosit

Fig 362 Diferite tipuri de chiolbaşi

Alegerea chiolbasilor se face in functie de sarcina de lucru si de lungimea nominala

Fig 363 Tipurile de chiolbaşi şi dimensiunile lor principale a ndash chiolbaş de tipul uşor b ndash chiolbaş de tipul mediu c ndash chiolbaş de tipul greu C2 ndash raza de curbură interioară a ochiului superior G1 ndash raza de curbură interioară a ochiului

56

inferior D2 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului superior cu umărul cacircrligului H1 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului inferior cu umărul elevatorului d d1 ndash diametrul barei L ndash lungimea de lucru (dintre

punctele de sprijin pe umărul cacircrligului şi pe umărul elevatorului)

Conform normelor prevazute pentru F200-2DH se aleg chiolbasi de tip greu serie Chiolbaşi 69 x 2100 x 320

Gama de sarcini Fch = 320 tf perDimensiuni principale- d1 = 85 mm- C2 = 108 mm

- G1 =70 mm- D2 = 34 mm - H1 = 345 mm- Lungimea totala Lch = 2100 mm- Masa netă informativă mch = 247 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (36)

GCh = 247 kg middot 981 ms2 = 243 kN

37Alegerea cablului de manevra

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

1 la manevră cablul de manevră sau de foraj

2 la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcărit

3 la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancoră

4 pentru rabaterea turlei cablul de praştie

5 la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electrici

Cablurile 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

57

1 de acelaşi diametru 5 la fire2 de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 371)

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

Fig 371 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

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

1 organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)

2 metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)

3 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 ]

58

Fig 372 Cablarea a ndash icircnfăşurarea spre dreapta b ndash icircnfăşurarea spre stacircngac ndash cablarea icircn cruce stacircnga (ZS) d ndash cablarea icircn cruce dreapta (SZ)e ndash cablarea paralelă dreapta (ZZ) f ndash cablarea paralelă stacircnga (SS)

Alegerea cablului se face pe baza sarcinii sale reale minime de rupere (Srm) astfel icircncacirct să fie satisfăcută condiţia de rezistenţă (vezi [1])

Srm gecM middot FM (37)

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

CM - coeficientul de siguranţă pentru operatiile de tubare si instrumentatie care se accepta egal cu

valoarea 2 conform API Spec9B iar FM ste forta maxima din RA a infasurarii cablului Ea se

determina cu expresia[1]

(372)

in care FM este forta totala care actioneaza asupra ramurilor din cablu z ndash nr de role de la macaraηMminusG - randamentul masinii macara-geamblac la ridicareRandamentul masinii macara-geamblac la ridicare se obtine cu relatia (cf[1])

ηMminusG=β2 ∙Zminus1

2 ∙ Z ∙ β2 ∙Z ∙ ( βminus1 ) (373)

unde β este inversul randamentului unei role

β= 1ηRo

(374)

pentru care se admite valoarea β =104 conform API iar ηRo =096 (API) randament role

59

FM=FM

2sdotzsdotηM minusG

Conform tipului de ansamblu MC ales z =5 Atunci rezultă

ηMminusG =

1 04225minus12sdot5sdot1 042sdot5 (1 04minus1 )

=0 811

Forţa F M se calculează cu expresia (conform [1])

FM =F M +GoTsdot(1+

ac(M )

g )

(375)

unde FM

este sarcina maxima utila la carlig GoT - greutatea moarta la tubare g- acceleratia

gravitationala g= 981 ms2 ac(M )

- acceleratia miscarii carligului are valori cuprinse in domeniul

[0515]∙ ms2

Greutatea moartă la tubare se determină ţinacircnd cont de greutatea elementelor ansamblului

MC a chiolbaşilor (Ch) a elevatorului cu pene (ElP) şi a ramurilor de cablu dintre macara şi

geamblac

GoT =

GMC+G ch+GEl P+GCM

(376)

Deoarece la acest moment nu se cunoaşte tipodimensiunea cablului şi ca urmare masa sa unitară se face aproximaţia

GoT iquestGMC+G ch+GEl P (377)

rezulta

GOT=8446 kN+243kN+20601 kN=1075 kN

Ştiind tipul IF se determină

FM

=200tf= 200∙981 =1962kNSe accepta

ac(M )=1 m s2

si se obtine

FM =1962 kN+107 5 kNsdot(1+ 19 81 )=2080 46 kN

60

Se calculeaza

F =

2080 46 kN2sdot5sdot0 811

=256 531 kN

Se determină sarcina reală minimă de rupere necesară a cablului cu formula

Srmnec gecM middot FM (378)

c M=2 ( conform API) si rezulta

Srmnec =2∙256531kN=513062kN

Se alege un cablu Seale cu o măsură a lui Srm astfel icircncacirct să fie icircndeplinită condiţia următoare

Sr mgtSr m nec

(379)

Ca urmare din [1] tabelul 52 se constată că se poate alege

Cablu Seale 6x19-32-1570 SZ STAS1689-80

caracterizat prin

nT=6 nr toroane

n f=19=1+9+9 nr fire din fiecare torondc=32 mm diametrul nominalRm=1570 MPa rezistenta minima de rupere a sarmelorSr m=531 32 kN sarcina reala minima de rupered0=3 mm diametrul sarmelor centraled1=1 45 mm diametrul sarmelor intermediared2=26 mm diametrul sarmelor exterioarem1 C=3 89 kg m masa unitara

Tipul cablării cruce dreapta (SZ) adică sensul de icircnfăşurare a firelor icircn toron este spre stanga(S) iar sensul de icircnfăşurare a toroanelor icircn cablu este spre dreapta (Z)Sr m=531 32gtSr nec=513 062 kN

Deci conditiaSr mgtSr nec este satisfacuta

Se reia calculul pentru verificare

61

Trebuie sa recalculam FM tinand cont si de greutatea cablului GCM

GCM =2sdotzsdotlr CM(M ) sdotqc (3710)

qc - greutatea unitara a cabluluiqc =m1 Csdotg (3711)

qc =3 89 kg msdot9 81 m s2=38 161 N mlr CM(M ) =(15 m+lp )+sminuslb (3712)

lr CM(M )

=(15 m+27 m)+65 mminus9 m=26 m

in care s=65m ndash spatiu de siguranta lb=9m lungimea unui burlanlp=27m lungimea pasului

GCM=2sdot5sdot26 msdot38 161 N m=9 922 kN

GoT=107 5 kN+9 922kN=117 422kN

Pentru IF F200-2DH vom avea

F =

2091 413 kN2sdot5sdot0 811

=257 88 kN

c M=Sr m

F c M=531 32kN

257 88 kN=2 06gtc=2

Tabelul 375 Parametrii caracteristici ai cablurilor Seale 6 x 19 conform STAS 1689-80

38 Alegerea troliului de foraj

62

FN=200sdot9 81kN+117 442kN (1+ 19 81

)=2091 413kN

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

Greutatea unitara aparenta a PG se determina cu formula

qa PG=qPGsdot(1minusρf

ρo) (1510)

Se obtine

qa PG=1 094kNm

sdot(1minus 157 85 )=0 885

kNm

Măsura volumului de rigiditate la gravitaţie al PG este

V PG=21∙ 1011 N

m2∙ 2520375 ∙10minus5 m4

0885∙ 103 Nm

=5981∙ 103 m3

Rezultă imediat măsura lungimii critice de flambaj a AnPG

LAn PG cr=17∙3radic5981∙103 m3=3085 mcong 31 m

Comparand aceasta masura a lungimii critice de flambaj a AnPG cu aceea a lungimii

portiunii din AnPG supuse la compresiune se constata

c LsdotLAn PG=110 835 mgtLAn PG cr=31 m

Ceea ce inseamna ca AnPG flambeaza sub actiunea fortei de apasare pe sapa Avand 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 corector-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 prajinile grele al doilea

al treilea si respectiv al patrulea stabilizator (vezi cap 1fig124 f)

21

Fig 143 Alcătuirea ansamblului de adacircncime al garniturii de foraj

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

Alegerea prajinilor de foraj (vezi Apl 6)Prăjinile de foraj (PF) sunt fabricate din ţevi de oţel laminate la cald icircngroşate la capete Se execută următoarele tipuri de PF [6] ndash PF cu racorduri speciale sudate (prin presiune de contact) (PFRSS) ndash PF cu racorduri speciale filetate (PFRSF)

PFRSS se realizează icircn conformitate cu STAS 80371-80 (bdquoPrăjini de foraj pentru racorduri sudate Clasele de rezistenţă D E şi G-105 Dimensiunirdquo) şi conform normei API 5A ndash pentru PF din clasele de rezistenţă D şi E ndash şi normei API 5AX ndash pentru PF din clasele de rezistenţă X-95 G-105 şi S-135 După forma icircngroşării capetelor PFRSS se execută icircn trei variante (vezi fig 161)

ndash PF cu capete icircngroşate la interior (II) (sau IU ndash Internal Upset conform API) ndash PF cu capete icircngroşate la exterior (IE) (sau EU ndash External Upset conform API) ndash PF cu capete icircngroşate la exterior şi la interior (IEI) (sau IEU ndash Internal- External Upset conform API)

22

Fig 161 Prăjini de foraj cu racorduri speciale sudate (PFRSS) [1] a ndash varianta II (cu capetele icircngroşate la interior) respectiv IU (Internal Upset) conform API b ndash varianta IE (cu capetele icircngroşate la exterior) respectiv EU (External Upset) conform API c ndash varianta IEI (cu capetele icircngroşate la exterior şi la interior) respectiv IEU (Internal-External Upset) conform API

Alte tipuri de PF sunt ndash PF cu perete gros ( Thick Wall Drill-Pipe icircn lb en) ndash PF cu grosimea de perete variabilă ndash PF cu racorduri speciale sudate cu canale elicoidale şi cu perete gros

Racordurile speciale pentru sudare (RSS) de la PF cu II IE şi IEI au tipodimensiunile şi

condiţiile tehnice reglementate icircn STAS 75701-80 (bdquoRacorduri speciale pentru sudare prin contact

la prăjini de foraj din clasele de rezistenţă D şi Erdquo) icircn norma API Spec 7 şi de asemenea icircn

normele interne ale firmelor constructoare RSS se execută icircn două variante constructive (fig

162)

ndash varianta A RSS cu scaun conic

ndash varianta B RSS cu scaun drept

23

Fig 162 Racorduri speciale pentru sudare (RSS) la prăjini de foraj [2] varianta A (cu scaun conic) varianta B (cu scaun drept)

Normele API Spec 7 prevăd RS şi pentru PF confecţionate din oţeluri din clasele de rezistenţă

superioare X-95 G-105 şi S-135

RSS sunt prevăzute cu icircmbinări filetate cu umăr (IcircFU) standardizate icircn STAS 8351-80

Alegerea prăjinilor de foraj

A alege prăjinile de foraj (PF) icircnseamnă a stabili ndash tipul PF

ndash diametrul nominal (DPF) şi grosimea de perete (sPF)

ndash clasa (gradul) de rezistenţă ndash clasa de uzură

ndash intervalul de măsuri ale lungimii

Criteriile pe baza cărora se face alegerea PF sunt următoarele

1) rezistenţă maximă la solicitările statice şi variabile care se asigură prin alegerea

corespunzătoare a tipului de PF a clasei de rezistenţă şi a celei de uzură a PF a intervalului de

măsuri ale lungimii PF şi a unei măsuri a grosimii de perete cacirct mai mari

2) rezistenţă maximă la acţiunea mediului coroziv care impune alegerea corespunzătoare a oţelului

şi dacă este cazul alegerea PF cu acoperiri speciale anticorozive şi de asemenea a unei măsuri a

grosimii de perete cacirct mai mari

3) energie minimă consumată icircn timpul forajului care icircnseamnă

a) energie mecanică de rotaţie minimă care se asigură prin alegerea unor măsuri ale

diametrului nominal şi grosimii de perete cacirct mai mici 24

b) energie hidraulică minimă (consumată prin circulaţia fluidului de foraj)ceea ce

presupune o pierdere de presiune minimă la curgerea fluidului de foraj prin interiorul PF care

determină alegerea unei măsuri cacirct mai mici a grosimii de perete

4) energie minimă consumată icircn timpul manevrei GarF ceea ce presupune alegerea PF cu măsura

minimă a masei unitare

Diametrul nominal al PF reprezinta diametrul exterior al corpului PF DPF=DPFe (161)

Diametrul nominal al PF se determina in functie de Dsmasurile orientative fiind date in tabelul de mai jos

Ds mm 150170 150200 175225 200250 225300 gt250DPF mm(in) 889(3 frac12) 1016(4) 1143(4 frac12) 127(5) 1397(5 frac12) 1683(658)

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

Pentru diametrul sapei de foraj determinat icircn subcapitolul anterior Ds= 1715 mm = 634rdquo se alege diametrul nominal al prăjinii de foraj DPF =4 frac12rdquo = 1143 mm

Din STAS 8037 ndash 88 (vezi aplicatia 5 tabelul 1) se alege diametrul nominal standardizat 412rdquo E 75 cu urmatoarele caracteristici

- masa cu racorduri m1PF= 33 Kgm

- grosimea peretelui s= 1092 mm

- diametrul interior DPfi= 9246=925 mm

- aria prăjinii de foraj A= 3547 mm2

- modulul de rezistentă WP= 10583 cm3

- tipul icircngroşării EU

- gradul de rezistenta E 75

- presiunea exterioara limita pel= 894 bar= 894MPa

- presiunea interioara limita pil= 865 bar =865MPa

- forţa de tracţiune limita FtcL= 1834 kN

- momentul de torsiune limita MtLPF= 5003 kNm

- tipodimensiunea IFU a RSS NC46 (4IF)

Solicitari care duc la limita de curgere a RSS

- momentul de insurubare limita dpdv al curgerii materialului RSS

25

M i RS L=53 69 kNm

FtRSL = 4 664 kN (forţa de tracţiune limită dpdv al curgerii materialului RSS)

- momentul de insurubare recomandatM i r=27 3 kNm

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)

Se obtine

APF=π4sdot(114 32 mmminus92 462 mm)=3547 mm2

Se determina modulul de rezistenta polar al sectiunii transversale a corpului PF cu formula

W p=I p

DPF

2

(162)

unde I p este momentul geometric polar al sectiunii transversale a corpului PF

I p=π32

∙( DPF4 minusDPFi

4 )= π32

∙ DPF4 ∙[1minus( DPFi

DPF)

4] (163)

I p=π

32sdot114 34 mmsdot[1minus(925 mm

114 3 mm )4 ]=9569240 653 mm4=956 924 mm3

deci

W p=π

16sdotDPF

3 sdot[1minus( DPF i

DPF)

4]

(164)

Rezulta

W p=π

16sdot114 33sdot[1minus(92 5

114 3 )4]=167658 175 mm3

Calculul tensiunii de tractiune

σ tcl=F tcl

APF

(165)

26

σ tcl=1834 kN

3547 mm2 =1834 ∙ 103 N3547 mm2 =517056 ∙106 Pa

Aceasta tensiune arata limita de curgere minima conform tabelului cu caracteristicile

mecanice ale prajinilor de foraj pentru clasa de rezistenta E75 (vezi aplicatia 6) Limita de curgere

trebuie sa se situeze in intervalul 517hellip724 In cazul nostrum limita este 517 MPa care se

incadreaza intre valorile recomandate

-calculul tensiunii tangentiale τ=G∙θ ∙ r (166)

θ=M t

G ∙ I p

(16 7)

Unde G este modulul de elasticitate transversal al materialului din care se confectioneaza PFPentru otel G= 81010 Paθ- torsiunea specificar- raza punctului considerat din sectiunea transversala a corpului PF

θ= 5003∙ 103 Nm8 ∙ 1010 N m2 ∙ 0956∙ 10minus5m4 =653 ∙ 10minus2 1

m

τ=8 ∙1010 N

m2∙ 653 ∙ 10minus2 mminus1∙ 5785∙ 10minus2m=29855106

N

m2

Aceasta tensiune reprezinta tensiunea tangentiala de curgere

Lungimea ansamblului superior utilizat pentru forajul putului de exploatare se determina cu

expresia

LAn S=H MminusLAn PG (168) LAn S=3500 mminus162 m=3338 m

Se calculeaza numarul de PF

nPF=

LAn S

lPF (169)Considerand ca lungimea unei prajini este cea normala adica 9m se obtine

nPF=3338

9=37088

Se alege nPF=371 si se recalculeaza lungimea AnS

LAnS=371∙9m=3339 m

27

17Alegerea 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

garnitura stanga) [1]

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 masa rotativă 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 (658 REG) in timpul forajului după tubarea unei coloane de burlane prăjina

de antrenare trebuie uneori schimbată ndash diametrul cepului 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 de lucru 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 [1]

28

Fig 171 Prăjina de antrenare forjată a ndash pătrată b ndash hexagonală

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

Alegerea 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-cep

Se prefera alegerea unei prajini de antrenare forjate deoarece nu necesita reductii de legatura

proprii asa cum este cazul prajinii laminate

29

Fig172 Reducţii de legătură icircntre prăjina de antrenare (PA) şi racordul special (RS) denumite RLRS a ndash

reducţie dreaptă (pentru icircmbinări filetate cu aceleaşi dimensiuni) b ndash reducţie icircn trepte (pentru icircmbinări filetate cu

dimensiuni diferite)

Se alege o prajina de antrenare forjata patrata avand elementul de imbinare superioara de

tipul mufa cu filet stanga de tipul 658 REG pentru asamblarea cu reductie cap hidraulic(RLCH)

Pentru ansamblul superior al garniturii de foraj s-a stabilit ca se iau prajini de foraj de 4 12 in cu

racorduri speciale sudare(RSS) cu IEI si tipodimensiunea IFU NC 46

Ca urmare conform tabelului 1 aplicatia 7 se alege prajina de antrenare in varianta

constructiva 1(standard) cu dimensiunea nominala de 4 frac14 in Se foloseste o RLPA dreapta de

tipul mufa(NC46)-cep(NC46) ca in figura 172 a

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 infDPA

mm(in)DPAi mm

a mm

lPA m

mPAkg

1cep

6 58 REGmufăNC46

mufă6 58

REG

cepNC46

A (dreapta) NC46-NC46

108(4 14)

714 108 12192 800

30

18 Alegerea tipului de instalatie de foraj

Instalaţia de foraj reprezintă totalitatea maşinilor utilajelor si instalaţiilor necesare săpării unei sonde

Studiul pe sisteme al instalaţiilor de foraj corespunde principalelor operaţii care se efectuează

pentru forarea unei sonde precum si principalelor grupe de maşini si utilaje care intra in

componenta acestor instalaţii

Sistemele de lucru ale unei instalaţii de foraj sunt

1 Sistemul de manevra mdash SM- cu ajutorul căruia se realizează ridicarea si coboracircrea

sarcinilor

2 Sistemul de circulaţie - SC - care asigura circulaţia fluidului de foraj

3 Sistemul de rotire - SR - care realizează rotirea garniturii de prăjini in timpul forajului

In cazul instalaţiilor de foraj transportabile apare si sistemul de transport

Pentru asigurarea condiţiilor de funcţionare a sistemelor de lucru instalaţia de foraj mai

cuprinde sistemul de comenzi instalaţia de preparare si curăţare a fluidului de foraj dispozitive

de mecanizare si automatizare ansamblul de scule materialul tubular [1]

Alegerea instalaţiei de foraj se face pe baza sarcinii maxime utile (sarcinii maxime de lucru) FM (V APLICATIA 9)

In aplicatiile anterioare s-au determinat greutatile fiecarei coloane de burlane si anume

GCI(I)= 1413516 kN GCE= 722187kN

Rezulta ca cea mai grea CB GCBM=max GCI(I) GCE=1413516 kN

S-au ales pentru forajul putului de exploatare prajini grele cu DPG=6 in=1524 mm

DPGi=2 1316 in= 715 mm m1PG = 1115 kgm qPG=1094kNm LAnPG=135 m

Se determina greutatea AnPG

GAn PG=qPGsdotL An PG

(181)

si se obtine

GAnPG=1094kNm135m=14769kN

Greutatea unitara a PFse calculeaza folosind formula

qPF=m1 PFsdotg (182)

qPF=33kgm

sdot9 81m

s2=323 73

Nm

31

Greutatea AnS va fi

GAn S=qPFsdotLAn S (183)

GAn S=323 73Nm

sdot3 339sdot103 m=1080 934kN

Greutatea GarF se obtine insumand greutatea AnPG si greutatea AnS

GGar F=GAn PG+GAn S (184)

Se obtine

GGar F=147 69 kN+1080 934 kN=1228 624 kN

Se considera ca cea mai grea GarF este garnitura utilizata pentru forajul putului de exploatare

GGar F M=1228 624 kN

Alegerea IF se face pe baza sarcinii nominale de la carlig si a tipului de actionare

FM =max FM T FM D (185)

Sarcina maxima utila de tubare se calculeaza cu formula[1]

FM T

=GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+(1+kmf( M ) )sdot

ac

( M )

g ] (186)

in care

k r(M )estecoeficientul fortei de frecare la ridicarea coloanei de burlane intre peretele putului si

fluidul de foraj k mf(M )minusiquestcoeficientul de masa al fluidului de foraj din interiorul coloanei aderent la

coloana ac(M )- acceleratia miscarii carligului in cazul ridicarii sarcinii normale

kDij- coeficientul diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

ρ0 ndashdensitatea otelului din care sunt confectionate burlanele

ρf -densitatea fluidului de foraj

Coloana fiind considerată plină cu fluid de foraj cu aceeaşi măsură a densităţii ca şi aceea

din interiorul puţului forat coeficientul k mf(M ) se determină cu formula [1]

k m f=ρf

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1] (187)

unde DCB este diametrul nominal al CB GCBM ndash greutatea celei mai grele coloane de burlane Sfa- grosimea startului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al coloanei de burlane

32

LCB ndash lungimea CB lj ndash lungimea tronsonului de ordinul j kDij ndash coef diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

K Dij=Dibj

DCB

(188)

Pentru CI(I) de 858in vom avea

DCI(I)=858in= 2191 mmntCI(I)=6

sB jisin 10 16 10 16 8 94 10 16 10 16 11 43 mmDi B jisin 198 8 198 8 2012 198 8198 8 196 8 mm

k Di jisin 0 907 0 907 0 918 0 907 0 907 0 898 l jisin 255 325 460 520 395 705 m

LCI(I)=HCI(I)=2660m

=125tm3

sf a=0 653 mm grosimea stratului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al CB

iquestsumj=1

6

(1minusk Di j2 )sdotl j=

(1-09072)sdot255+(1minus09072 )sdot325+(1-09182 )sdot460+ (1minus09072 )sdot52 0++ (1-09072)sdot39 5+(1minus0 8982)sdot705=473 972 m

Se admite

k r(M )=02

si ac

(lt M )=1 ms2 Se obţine

Sarcina maxima utila la tubare

FM T =1413 516 kN sdot[(1minus1 25 t m3

7 85 t m3 )sdot(1+02 )+ (1+0 745 )sdot 19 81 ]=1677 556 kN

Sarcina maxima utila de degajare a celei mai grele garnituri de foraj se determina cu relatia[1]

FM D =GGar F Msdot(1minus ρ f

ρo)+FD M

FD M este forta de degajare maxima FD M =300kN

33

k m f(M )=

ρ f

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

5

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1]=

Măsura lui FDM se apreciază icircn funcţie de măsura lui HM conform tabelului 1 aplicatia 9

FM D =1228 624 kNsdot(1minus1 25 t m3

7 85 t m3)+300 kN=1332 983

kN

Conform rezultatelor de mai sus se obtineFM

=max 1677 556 1332983 kN=1677 556 kN 9 81≃171 0047 tf

Ca urmare se poate alege o IF transportabilă pe cale terestră pe subansamble (SAn) din clasa F 200 (vezi [1])

Tipul acţionării se alege icircn funcţie de posibilitatea de alimentare cu energie electrică a IF icircn

zona de amplasare de instalaţiile aflate icircn dotarea firmei de foraj şi de costul comparativ al

combustibilului şi al energiei electrice din perioada cacircnd o să lucreze instalaţia icircn situaţia icircn care

firma dispune de instalaţii cu acţionări neautonome sau autonome

Se admite că situaţia din zona de amplasament a IF impune o acţionare de tipul DH Avacircnd

icircn vedere acest lucru rezultă că se poate alege o IF de tipul

F-200-2DH (T(SAn))

19 Concluzii

Pe baza datelor luate din materialul didactic si standardele nationale cat si internationale s-a

facut un calcul teoretic de alegere al instalatiei de foraj Luand in consideratie ca mediul real poate

aduce un aport negativ asupra calculelor teoretice in rezultatele prezentate mai sus s-au luat niste

coeficienti de siguranta care sa acopere riscurile posibile totodata s-a constatat ca desi pentru

Sonda 7 Pacurari este necesara o instalatie mai mica decat cea aleasa am fost nevoit sa aleg anume

F200-2DH deoarece conditiile tehnico-economice presupun utilizarea tipului utilajului folosit deja

in industria petroliera si standardizat conform normelor STAS si API

2 PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

21 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

34

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

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 arborele 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 [1]

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 MBM 820 cu supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului DH de tipul GF-820+CHC-750-2 sunt

prezentate icircn fig 21 Se analizează dependenţele funcţionale reprezentate de aceste curbe (vezi

aplicatia 13)

35

Fig 2 1 Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului de acţionare de tipul DHformat din GF 820 şi CHC-750-2 pentru reglarea motorului diesel la sarcină plină

şi funcţionarea lui cu gradul maxim de accelerare (la care puterea maximă amotorului este puterea nominală Pn) şi funcţionarea lui cu gradul maxim deaccelerare MI MII ndash momentul dezvoltat la arborele primar (I) respectiv laarborele secundar (II) al CHC ωI ωII ndash viteza unghiulară PI PII ndash puterea

ηCHC ndash randamentul CHC

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (210)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (211)

Tabel 311 Parametrii functionali ai grupului de actionare GF-820 + CHC-750-2

36

Fig 211 Curba caracteristica exterioara a CHC este o caracteristica flexibila cresterea momentului rezistent este

preluata de CHC prin reducerea importanta a vitezei unghiulare a arborelui secundar

Din aceste grafice se deduce ca pentru ηm= 07 DEF al CHC-750-2 reprezentat prin ηCH ϵ

[0700 0847] nII ϵ [275 950] rotmin MII ϵ [14730 4000] kNm

Din datele obinute rezulta avantajele utilizarii CHC in cadrul GA de tipul DH

1 CHC lucreaza ca un variator continuu de viteza adica ωII se modifica automat si continuu odata cu variatia momentului rezistent aplicat arborelui secundar astfel se spune ca CHC isi regleaza regimul de functionare deci CHC permite o autoadaptare a GA la sarcina

2 Utilizarea CHC simplifica lantul cinematic al IF37

3 CHC protejeaza motorul Diesel impotriva suprasarcinilor si a socurilor transmise de la antorul sistemului de lucruinclusive in situatia blocarii secundarului

Fig 212 Curbele caracteristice pentru sarcina plina ale motorului MBM-820 si curba puterii in functie de sarcina plina a aceluiasi motor

22 Alegerea modului de acţionare

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

38

Instalaţiie 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[1]

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

39

Fig 221 Schema structural-functionala a unei instalatii de foraj cu mod de actionare centralizatin varianta MAC2 cu

actionare DH

S-a ales varianta MAC2 in care PN este actionata separat formand impreuna cu GA si transmisiile mecanice respective un grup motopompa (GMP) dupa cum TA este DH vezi 1[1])

23 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

1 pompe centrifuge pentru hidrocicloane2 site vibratoare 3 agitatoare4 pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de foraj5 pompe centrifuge pentru apa6 pompe centrifuge pentru chimicale7 pompe pentru reziduuri8 pompe pentru combustibil9 comanda hidraulica a prevenitoarelor10 instalaţie pentru uscarea aerului11 agregate pentru icircncălzire12 maşini-unelte13 agregat pentru sudura

40

14 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

Tabel 231 Consumatorii auxiliari de forta utilizati in cadrul IF de tipul F200-2DH si puterea lor

NrCrt

Denumirea consumatorilor Puterea motorului

kW

NrmotoarePuterea totala

kW

A Instalatia de foraj propriu-zisa

1 Site virbatoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 10 75

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa racire troliu 75 1 75

5 Pompa apa racire frina hidraulica 75 1 75

6 Pompe instalatie amestec chimicale 3 2 6

7 Pompe combustibil 3 2 6

8 Pompe ulei 15 1 15

9 Pompe de preparare a fluidului de foraj 75 2 150

10 Pompa baterie denisipare 55 1 55

11 Pompa baterie desmiluire 50 1 50

12 Instalatie degazeificare 5 1 5

13 Degazeificator 30 1 30

14 Instalatie de preparare centrifuga 20 3 60

15 Instalatie transport material pulverulent 4 1 4

16 Dispozitiv salvare garnitura 20 1 20

17 Dispozitiv strins-slabit 11 1 11

18 Dispozitiv manevra prajini grele 75 1 75

19 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

20 Pod tubaj reglabil 75 1 75

21 Instalatie comanda prevenitoare 11 1 11

41

22 Instalatie de uscare aer 15 1 15

23 Instalatie iluminat normal 18 1 18

24 Instalatie iluminat siguranta 08 1 08

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

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

PCsAF = 5928 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

24 Calculul puterii instalate

Puterea instalata a IF (Prsquo) reprezinta puterea motoarelor utilizate pentru actionarea

antoarelor principale a celor auxiliare si pentru actionarea celorlalte utilaje si instalatii folosite

pentru executarea diverselor operatii auxiliare

Prsquo = P + PCsAF (241)

P = n Pn (242)

Pn-Puterea nominala a motorului MB820 Pn= 655 kW

n-numarul de motoare folosite

P = (2+2) ∙ PnP = (2 + 2) 655kW = 2620 kW

Prsquo= 2620 kW + 5928 kW = 32128 kW

25 ConcluziiIn capitolul 2 s-au ales grupurile de actionare Alegerea s-a facut pe baza analizei

parametrilor motoarelor si caracteristicile acestora s-a evidentiat modul de utilizare al acestor

grupuri de actionare astfel incat sa fie satisfacute conditiile de tehnologicitate si economicitate

Acest lucru s-a facut pentru a obtine niste parametri de lucru cat se poate eficienti si economici

deoarece in cazul neindeplinirii uneia din conditii se pot intampla atat stagnari ale procesului

normal de foraj (uneori poate chiar si cu consecinte catastrofale) cat si pierderi financiare mari

42

3 ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ SI PREZENTAREA PARAMETRILOR SI CARACTERISTICILOR LOR

31Alegerea capului hidraulic

Fig31 Secţiune prin CH (reprezentare schematică (a) şi reprezentare constructivă (b))1 ndash corp (oală) 2 ndash bolţ 3 ndash toartă (biglu) 4 10 ndash rulment cu role cilindrice (de ghidare) 5 11 ndash garnituri de

etanşare 6 ndash rulment axial principal cu role conice 7 ndash fus 8 ndash reducţie 9 ndash rulment axial secundar cu bile 12 ndash felinar (capac) 13 ndash lulea 14 ndash piuliţă inferioară 15 ndash ţeavă de spălare 16 ndash cutie de etanşare 17 ndash etanşarea icircntre

partea superioară a ţevii de spălare şi lulea 18 ndash piuliţă superioară 19 ndash şuruburi de fixare

Capul hidraulic [1] (CH) este un utilaj care face parte din ansamblul de antrenare a GarF

El reprezinta nodul de legatura intre cele trei echipamente principale (EqPr) ale IF echipamentul

de circulatie (EqC) echipamentul de rotatie (EqR) si de manevra (EqM)

CH este suspendat in ciocul cirligului triplex cu ajutorul toartei sale La randul sau CH sustine

garnitura de foraj prin intermediul reductiei de legatura si al prajinii de antrenare De luleaua CH

se monteaza furtunul de noroi

43

Ca urmare functiunile CH sunt

1 Sustinerea GarF in timpul forajului

2 Permiterea rotatiei GarF

3 Conducerea fluidului de forajsub presiunede la FN la PA prin lulea teava de spalare

fus si RLCHin cazul circulatiei directe

Marimile fizice principale ale CH1 marimile functionale

- sarcina de lucru maxima

- turatia maxima a fusului

- presiunea maxima a fluidului de foraj

2 marimile dimensional-constructive

- diametrul interior al tevii de spalare

- tipo-dimensiulnile de legatura

3 marimile de anduranta

- sarcina limitacapacitatea in functie de rulmentul principal

- durabilitatea rulmentului principal

- durabilitatea etansarii tevii de spalare

Fig 31 Capul hidraulic (CH) montat icircn ciocul cacircrligului icircn timpul forajului

Alegerea capului hidraulic se face pe baza sarcinii maxime de lucru (FCH M

) si trebuie sa echipeze instalatia de foraj F200-2DH [1]

44

FCH M

geF M

(31)

FM =200 tf

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

(32)

Capetele hidraulice construite icircn Romacircnia sunt tipizate conform SR 5736 [66] care este

elaborat icircn concordanţă cu API Spec 8A [67] şi API Spec 8C [68]

Din tab 62 Cap 6 6 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH ndash 320 (ndash40degC) SR 5736

necesar instalaţiei de foraj alese F200

CHndash320 (ndash40degC) SR 5736 este un cap hidraulic echipat cu rulment axial-oscilant cu role

butoi cu sarcina maximă de lucru de 320tf care lucrează icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash

40degC

Conform SR 5736 acest tip de CH se caracterizează şi prin

Sarcina limită sau capacitatea maximă icircn funcţie de rulmentul principal FRLCH=147tf

pM = 35MPa nM = 300 rotmin di = 762 mm LP 4 (filetul de legătură al lulelei cu FF) 6⅝

REG LH (filetul de legătură cu RLCH)

32Alegerea ansamblului macara carlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 32 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]

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia [1]

FMC ge FCM (321)

Din tab32 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32-1250 MC -300 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii

45

Tabel 31 Caracteristicile Ansamblului Macara-Carlig

Tabelul 32 Tipurile de macarale-cacircrlig construite icircn Romacircnia şi caracteristicile lor (cf [69])

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (32)

GMC =8610t middot 981 ms2 = 84464 kN

46

UnMas F200Denumire 5-32MC-300

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300

Nr Roti manevra - 5

Diam cablului mm 32

Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140

Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in f-ie de rulmenti US tonf 347

Masa t 8610

Fig 32 Construcţia ansamblului-cacircrlig mono-bloc 1 ndash cacircrlig triplex 2 ndash bolţ 3 ndash pahar şi rulment axial 4 ndash tijă 5ndash piston 6 ndash arcuri de destindere 7 ndash piesă de legătură icircntre ansamblul cacircrligului şi macara 8 ndash axul macaralei 9 ndash role 10 ndash rulmenţii macaralei 11 ndash plăci laterale

33Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul de foraj reprezinta partea fixa a masinii macara-geamblac Se monteaza in

grupul mastului pe grinzi numite coroana geamblacului Este format dintr-un ax pe care se

monteaza un anumit numar de role (z+1) prin intermediul unor rulmenti Fiecare rola se misca

independent de celelalte (z-numarul de role de la macara) [1]

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

-geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţie romacircnească Avantajul acestui tip

constructiv este acela că este o construcţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

- 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

47

c geamblacul de foraj din două blocuri

- geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se pot roti şi interschimba asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

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

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

a geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

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

b geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

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 ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia [1]

Fig 331 Geamblac cu o roata separata

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 332

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

Alegerea geamblacului de foraj se face in functie de sarcina de lucru maxima de diametrul cablului utilizat de tipul cablului de manevra de tipul macaralei respectiv de tipul ansamblului macara-carlig

48

Pentru instalatia F200-2DH se alege unul din geamblacurile tipizate care sa indeplineasca cerintele impuse

Fig 33 2Geamblac monobloc 1 ndash suport (prin care GF se montează prin şuruburi de coroană ramă) 2ndash ax 3 ndash rolă roată 4 ndash rulment radial-axial cu role conice pe două racircnduri 5 ndash disc distanţier 6 ndash bucşă distanţieră 7 ndash ungător cu bilă (folosit pentru ungerea consistentă a rulmenţilor) (canalele de ungere sunt practicate icircn plan orizontal) 8 ndash placă de presare 9 ndash apărătoare

Pentru instalatia de foraj F 200 se va folosi un geamblac A 6 -32-1250GF-300 (-400C)(vezi [1] cap 54 tab56)adica geamblac de foraj cu 6 roţi role pe ax cu diametrul cablului de manevră de 32 mm

diametrul exterior al rolei de 1250 mm sarcina maximă de lucru 300tfşi temperatura de lucru de ndash

40degC Din tabelul 56 Cap 5 [1]se observă că acest tip de geamblac face parte din clasa

echipamentului (de manevră) 450

Tabel 33 Caracteristicile GeamblaculuiUnMas

Denumire 6-32GF-300Sarcina maxima la coroana geamblacului tf 400

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300Nr Roti manevra - 6

Diam cablului mm 32Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in functie de rulmenti US tonf 416Masa t 28

49

34Alegerea elevatorului 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

Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane de tubare (B-ElPCB) (bdquocasing slip

elevator-spiderrdquo icircn lb en) este o sculă de manevră care se foloseşte icircn timpul tubării puţurilor

atacirct pentru susţinerea coloanei de burlane (CB) ca broască cu pene aşezată pe masa rotativă

(MR) cacirct şi pentru săltarea din penele broaştei şi introducerea coloanei icircn puţ ca elevator (cu

pene) Deci aceste scule se folosesc icircn pereche icircn timpul tubării puţurilor una aşezată pe MR

susţine CB prin icircmpănare icircndeplinind funcţia de broască cu pene (vezi fig 341) iar cealaltă

care este susţinută icircn chiolbaşi avacircnd rolul de elevator (cu pene) se prinde tot prin icircmpănare pe

burlanul care s-a adăugat prin icircnşurubare la coloană saltă CB din broasca cu pene şi o susţine icircn

timpul introducerii ei icircn sondă (vezi fig 342)

Fig 342 Tragerea burlanului pe jilip cu ajutorul unui elevator de tras burlane pentru a fi icircnşurubat icircn

coloana susţinută icircn broasca cu pene

50

Fig 343 Varianta de elevator (cu pene) (cu inel ridicător) a broaştei-elevator cu pene cu două semicorpuri care este susţinută icircn ochiurile inferioare ale chiolbaşilor (11) icircn timpul introducerii coloanei de burlane (12) icircn puţul care se tubează 1 ndash corp carcasă 2 ndash umăr 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă de siguranţă 5 ndash corp de pană 6 ndash bacuri 7 ndash pacirclnie de ghidare 8 ndash cadru ridicător 9 ndash icircmpingătoare 10 ndash mecanism cu pacircrghii de ridicare

Din punct de vedere funcţional se deosebesc tipurile bull broască cu pene (BP) bull elevator cu pene (ElP)

Fig344 Broasca-elevator cu pene

51

In figura 344 este reprezentata Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane (broasca cu pene icircn partea de sus stanga elevatorul cu pene icircn partea dreapta şi vedere de sus a elevatorului cu pene icircn partea de jos) 1ndash corp 2ndash umăr braţ superior 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă (siguranţă pentru chiolbaşi) 5 ndash poartă uşă 6 ndash pene 7 ndash bacuri 8 ndash placă de sprijin (pe masa rotativă) 9 ndash guler de protecţie şi ghidare 10 ndash pacirclnie de ghidare HB ndash icircnălţimea broaştei cu pene HE ndash icircnălţimea elevatorului cu pene l ndash lăţimea broaştei-elevator

Alegerea elevatorului cu pene se face din conditiile urmatoare

FPgtFCBM

(341)

unde

FPleFBminusEl PCB

(342)

Studiind oferta companiei STEROM SA Cacircmpina conform ([1] cap 8 tab88) se alege un elevator cu pene de tipul

B-ElPCB 4frac12 ndash 13⅜ in x 350 ts (9⅝ x 275 ts x 8⅝) (ndash 45ordmC)

icircnseamnă broască-elevator destinată utilizării pentru burlane cu diametrul nominal cuprins

icircntre 4frac12 in şi 13⅜ in (inclusiv) cu sarcina nominală (sarcina maximă de lucru) de 350 ts (320tf)

echipată cu pene set de pene de 958 in cu sarcina nominală (maximă de lucru) de 275 ts (250 tf)

icircn care sunt montate bacuri de 858 in adică această broască-elevator este echipată pentru susţinerea

unei CB de 858 care determină icircn timpul manevrei ei o sarcină maximă la cacircrlig de cel mult 275ts

(250 tf) Ea este executată să lucreze icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash 45 ordmC

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

21t∙981ms2 =20601kN

35 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatorul pentru prăjini de foraj (ElPF) (bdquodrill pipe elevatorrdquo icircn lb en) este o sculă de

manevră care se foloseşte pentru susţinerea garniturii de foraj (GarF) icircn timpul extragerii şi

introducerii ei icircn sondă El prinde sub mufa PF şi este agăţat prin umerii săi icircn ochiurile

inferioare ale chiolbaşilor

ElPF se compune din

52

ndash două corpuri articulate care se icircnchid pe PF prevăzute cu cacircte un umăr cu care se suspendă icircn

ochiurile inferioare (mici) ale chiolbaşilor

ndash icircnchizatorul celor două corpuri

ndash eclise cu bolţuri prinse icircn umeri pentru asigurarea contra ieşirii chiolbaşilor

Elevatoarele se deosebesc prin forma lor modul de icircnchidere a celor două corpuri şi forma

suprafeţei de rezemare a prăjinilor

Din punctul de vedere al icircnchiderii se diferenţiază

ndash ElPF cu icircnchidere centrală (ElPFIcircC)

ndash ElPF cu icircnchidere laterală (ElPFIcircL)

După forma suprafeţei de sprijin al PF se disting

ndash ElPF cu scaun drept (ELPFSD) deci cu suprafaţă de rezemare dreaptă folosite pentru

manevrarea prăjinilor de foraj cu racorduri speciale sudate cu umăr drept (RSSUD) sau cu

racorduri icircnfiletate [1]

Fig 351 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun conic

ndash ElPF cu scaun conic (ElPFSC) care dispun de o suprafaţă de rezemare interioară tronconică cu unghiul de icircnchidere standardizat de 18deg ca şi mufele racordurilor speciale sudate cu umăr conic (RSSUC)

53

Fig 352 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun dreptElevatoarele sunt tipizate prescripţiile generale fiind prevăzute de API Spec 8A [85] şi

Spec 8C [86] Icircn fig 88 este reprezentat un ElPF cu scaun conic iar icircn fig 89 un ElPF cu scaun

drept

In figura 34 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic

Fig 34 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Alegerea elevatorului pentru prajini se face in functie de tipul prajinilor de foraj

1 Daca prajinile sunt cu recorduri speciale infiletate atunci cu scaun drept

2 Daca prajinile sunt cu racorduri speciale sudate atunci cu scaun conic

La alegerea elevatorului trebuie indeplinita conditia

FElgtFGar FMn

(sarcina normala utila de la carlig) (351)

icircn care FGar FM

este sarcina maximă care apare icircn timpul manevrării garniturii pacircnă la adacircncimea

maximă de foraj a puţului respectiv

54

Pentru că prăjinile de foraj sunt cu RSSUC si FGar FM

=122863kN conform tabelului 85

[1] cap 8 se alege un elevator cu scaun conic cu urmatoarea nominalizare

Elevator cu scaun conic 4frac12 x 1214 x 250 adica

elevator cu scaun conic cu dimensiunea nominală de 4frac12 ( pentru prăjini de foraj cu

RSSUC cu diametrul nominal de 4frac12 DPF = 4frac12) cu diametrul interior de 1214 mm (ceea ce

icircnseamnă că se utilizează pentru prăjini cu capetele fie cu II fie cu IEI (conform tabelului 85 cap

8) şi cu sarcina maximă de lucru de 250 tf cu masa mEl=1828kg conform NR 05-1018R STEROM

SA

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

ELpF= mEl middot g (253)

GEl = 1828 kg middot 981 ms2 = 18 kN

36Alegerea chiolbasilor

Chiolbaşii (Ch) (bdquothe drilling linksrdquo bdquoelevator linksrdquo icircn lb en) denumiţi şi bdquobraţele de

elevatorrdquo sunt scule de foraj care fac legătura icircntre cacircrlig şi elevator fiind utilizaţi icircn timpul

manevrei garniturii de foraj (GarF) şi coloanelor de burlane (CB)

Ei se agaţă cu ochiurile superioare de umerii cacircrligului şi susţin cu ochiurile lor inferioare

elevatorul prin umerii acestuia (vezi fig 361) Astfel sarcina datorată GarF sau CB este

preluată prin intermediul elevatorului de către Ch care o transmit cacircrligului [1]

55

Fig 361 Ansamblul format din macara-cacircrlig chiolbaşi şi elevator icircncare este susţinută garnitura de foraj icircn timpul manevrei acesteia

Din punct de vedere al sarcinii de lucru exista 3 tipuri de chiolbasi

1 Usor (sarcini mici)

2 Mediu (sarcini medii)

3 Greu (sarcini mari)

Tipul usor are forma de za alungita iar cel mediu si greu ndash de bara prevazuta la ambele capete cu

ochiuri

Chiolbasii se executa prin forjare in matrita dintr-o singura bucata de otel slab aliat de

constructii pentru a se asigura o rezistenta mare atat prin fibrajul obtinut prin procedeul tehnologic

respective cat si prin compozitie si prin TT folosit

Fig 362 Diferite tipuri de chiolbaşi

Alegerea chiolbasilor se face in functie de sarcina de lucru si de lungimea nominala

Fig 363 Tipurile de chiolbaşi şi dimensiunile lor principale a ndash chiolbaş de tipul uşor b ndash chiolbaş de tipul mediu c ndash chiolbaş de tipul greu C2 ndash raza de curbură interioară a ochiului superior G1 ndash raza de curbură interioară a ochiului

56

inferior D2 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului superior cu umărul cacircrligului H1 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului inferior cu umărul elevatorului d d1 ndash diametrul barei L ndash lungimea de lucru (dintre

punctele de sprijin pe umărul cacircrligului şi pe umărul elevatorului)

Conform normelor prevazute pentru F200-2DH se aleg chiolbasi de tip greu serie Chiolbaşi 69 x 2100 x 320

Gama de sarcini Fch = 320 tf perDimensiuni principale- d1 = 85 mm- C2 = 108 mm

- G1 =70 mm- D2 = 34 mm - H1 = 345 mm- Lungimea totala Lch = 2100 mm- Masa netă informativă mch = 247 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (36)

GCh = 247 kg middot 981 ms2 = 243 kN

37Alegerea cablului de manevra

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

1 la manevră cablul de manevră sau de foraj

2 la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcărit

3 la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancoră

4 pentru rabaterea turlei cablul de praştie

5 la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electrici

Cablurile 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

57

1 de acelaşi diametru 5 la fire2 de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 371)

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

Fig 371 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

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

1 organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)

2 metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)

3 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 ]

58

Fig 372 Cablarea a ndash icircnfăşurarea spre dreapta b ndash icircnfăşurarea spre stacircngac ndash cablarea icircn cruce stacircnga (ZS) d ndash cablarea icircn cruce dreapta (SZ)e ndash cablarea paralelă dreapta (ZZ) f ndash cablarea paralelă stacircnga (SS)

Alegerea cablului se face pe baza sarcinii sale reale minime de rupere (Srm) astfel icircncacirct să fie satisfăcută condiţia de rezistenţă (vezi [1])

Srm gecM middot FM (37)

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

CM - coeficientul de siguranţă pentru operatiile de tubare si instrumentatie care se accepta egal cu

valoarea 2 conform API Spec9B iar FM ste forta maxima din RA a infasurarii cablului Ea se

determina cu expresia[1]

(372)

in care FM este forta totala care actioneaza asupra ramurilor din cablu z ndash nr de role de la macaraηMminusG - randamentul masinii macara-geamblac la ridicareRandamentul masinii macara-geamblac la ridicare se obtine cu relatia (cf[1])

ηMminusG=β2 ∙Zminus1

2 ∙ Z ∙ β2 ∙Z ∙ ( βminus1 ) (373)

unde β este inversul randamentului unei role

β= 1ηRo

(374)

pentru care se admite valoarea β =104 conform API iar ηRo =096 (API) randament role

59

FM=FM

2sdotzsdotηM minusG

Conform tipului de ansamblu MC ales z =5 Atunci rezultă

ηMminusG =

1 04225minus12sdot5sdot1 042sdot5 (1 04minus1 )

=0 811

Forţa F M se calculează cu expresia (conform [1])

FM =F M +GoTsdot(1+

ac(M )

g )

(375)

unde FM

este sarcina maxima utila la carlig GoT - greutatea moarta la tubare g- acceleratia

gravitationala g= 981 ms2 ac(M )

- acceleratia miscarii carligului are valori cuprinse in domeniul

[0515]∙ ms2

Greutatea moartă la tubare se determină ţinacircnd cont de greutatea elementelor ansamblului

MC a chiolbaşilor (Ch) a elevatorului cu pene (ElP) şi a ramurilor de cablu dintre macara şi

geamblac

GoT =

GMC+G ch+GEl P+GCM

(376)

Deoarece la acest moment nu se cunoaşte tipodimensiunea cablului şi ca urmare masa sa unitară se face aproximaţia

GoT iquestGMC+G ch+GEl P (377)

rezulta

GOT=8446 kN+243kN+20601 kN=1075 kN

Ştiind tipul IF se determină

FM

=200tf= 200∙981 =1962kNSe accepta

ac(M )=1 m s2

si se obtine

FM =1962 kN+107 5 kNsdot(1+ 19 81 )=2080 46 kN

60

Se calculeaza

F =

2080 46 kN2sdot5sdot0 811

=256 531 kN

Se determină sarcina reală minimă de rupere necesară a cablului cu formula

Srmnec gecM middot FM (378)

c M=2 ( conform API) si rezulta

Srmnec =2∙256531kN=513062kN

Se alege un cablu Seale cu o măsură a lui Srm astfel icircncacirct să fie icircndeplinită condiţia următoare

Sr mgtSr m nec

(379)

Ca urmare din [1] tabelul 52 se constată că se poate alege

Cablu Seale 6x19-32-1570 SZ STAS1689-80

caracterizat prin

nT=6 nr toroane

n f=19=1+9+9 nr fire din fiecare torondc=32 mm diametrul nominalRm=1570 MPa rezistenta minima de rupere a sarmelorSr m=531 32 kN sarcina reala minima de rupered0=3 mm diametrul sarmelor centraled1=1 45 mm diametrul sarmelor intermediared2=26 mm diametrul sarmelor exterioarem1 C=3 89 kg m masa unitara

Tipul cablării cruce dreapta (SZ) adică sensul de icircnfăşurare a firelor icircn toron este spre stanga(S) iar sensul de icircnfăşurare a toroanelor icircn cablu este spre dreapta (Z)Sr m=531 32gtSr nec=513 062 kN

Deci conditiaSr mgtSr nec este satisfacuta

Se reia calculul pentru verificare

61

Trebuie sa recalculam FM tinand cont si de greutatea cablului GCM

GCM =2sdotzsdotlr CM(M ) sdotqc (3710)

qc - greutatea unitara a cabluluiqc =m1 Csdotg (3711)

qc =3 89 kg msdot9 81 m s2=38 161 N mlr CM(M ) =(15 m+lp )+sminuslb (3712)

lr CM(M )

=(15 m+27 m)+65 mminus9 m=26 m

in care s=65m ndash spatiu de siguranta lb=9m lungimea unui burlanlp=27m lungimea pasului

GCM=2sdot5sdot26 msdot38 161 N m=9 922 kN

GoT=107 5 kN+9 922kN=117 422kN

Pentru IF F200-2DH vom avea

F =

2091 413 kN2sdot5sdot0 811

=257 88 kN

c M=Sr m

F c M=531 32kN

257 88 kN=2 06gtc=2

Tabelul 375 Parametrii caracteristici ai cablurilor Seale 6 x 19 conform STAS 1689-80

38 Alegerea troliului de foraj

62

FN=200sdot9 81kN+117 442kN (1+ 19 81

)=2091 413kN

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

Fig 143 Alcătuirea ansamblului de adacircncime al garniturii de foraj

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

Alegerea prajinilor de foraj (vezi Apl 6)Prăjinile de foraj (PF) sunt fabricate din ţevi de oţel laminate la cald icircngroşate la capete Se execută următoarele tipuri de PF [6] ndash PF cu racorduri speciale sudate (prin presiune de contact) (PFRSS) ndash PF cu racorduri speciale filetate (PFRSF)

PFRSS se realizează icircn conformitate cu STAS 80371-80 (bdquoPrăjini de foraj pentru racorduri sudate Clasele de rezistenţă D E şi G-105 Dimensiunirdquo) şi conform normei API 5A ndash pentru PF din clasele de rezistenţă D şi E ndash şi normei API 5AX ndash pentru PF din clasele de rezistenţă X-95 G-105 şi S-135 După forma icircngroşării capetelor PFRSS se execută icircn trei variante (vezi fig 161)

ndash PF cu capete icircngroşate la interior (II) (sau IU ndash Internal Upset conform API) ndash PF cu capete icircngroşate la exterior (IE) (sau EU ndash External Upset conform API) ndash PF cu capete icircngroşate la exterior şi la interior (IEI) (sau IEU ndash Internal- External Upset conform API)

22

Fig 161 Prăjini de foraj cu racorduri speciale sudate (PFRSS) [1] a ndash varianta II (cu capetele icircngroşate la interior) respectiv IU (Internal Upset) conform API b ndash varianta IE (cu capetele icircngroşate la exterior) respectiv EU (External Upset) conform API c ndash varianta IEI (cu capetele icircngroşate la exterior şi la interior) respectiv IEU (Internal-External Upset) conform API

Alte tipuri de PF sunt ndash PF cu perete gros ( Thick Wall Drill-Pipe icircn lb en) ndash PF cu grosimea de perete variabilă ndash PF cu racorduri speciale sudate cu canale elicoidale şi cu perete gros

Racordurile speciale pentru sudare (RSS) de la PF cu II IE şi IEI au tipodimensiunile şi

condiţiile tehnice reglementate icircn STAS 75701-80 (bdquoRacorduri speciale pentru sudare prin contact

la prăjini de foraj din clasele de rezistenţă D şi Erdquo) icircn norma API Spec 7 şi de asemenea icircn

normele interne ale firmelor constructoare RSS se execută icircn două variante constructive (fig

162)

ndash varianta A RSS cu scaun conic

ndash varianta B RSS cu scaun drept

23

Fig 162 Racorduri speciale pentru sudare (RSS) la prăjini de foraj [2] varianta A (cu scaun conic) varianta B (cu scaun drept)

Normele API Spec 7 prevăd RS şi pentru PF confecţionate din oţeluri din clasele de rezistenţă

superioare X-95 G-105 şi S-135

RSS sunt prevăzute cu icircmbinări filetate cu umăr (IcircFU) standardizate icircn STAS 8351-80

Alegerea prăjinilor de foraj

A alege prăjinile de foraj (PF) icircnseamnă a stabili ndash tipul PF

ndash diametrul nominal (DPF) şi grosimea de perete (sPF)

ndash clasa (gradul) de rezistenţă ndash clasa de uzură

ndash intervalul de măsuri ale lungimii

Criteriile pe baza cărora se face alegerea PF sunt următoarele

1) rezistenţă maximă la solicitările statice şi variabile care se asigură prin alegerea

corespunzătoare a tipului de PF a clasei de rezistenţă şi a celei de uzură a PF a intervalului de

măsuri ale lungimii PF şi a unei măsuri a grosimii de perete cacirct mai mari

2) rezistenţă maximă la acţiunea mediului coroziv care impune alegerea corespunzătoare a oţelului

şi dacă este cazul alegerea PF cu acoperiri speciale anticorozive şi de asemenea a unei măsuri a

grosimii de perete cacirct mai mari

3) energie minimă consumată icircn timpul forajului care icircnseamnă

a) energie mecanică de rotaţie minimă care se asigură prin alegerea unor măsuri ale

diametrului nominal şi grosimii de perete cacirct mai mici 24

b) energie hidraulică minimă (consumată prin circulaţia fluidului de foraj)ceea ce

presupune o pierdere de presiune minimă la curgerea fluidului de foraj prin interiorul PF care

determină alegerea unei măsuri cacirct mai mici a grosimii de perete

4) energie minimă consumată icircn timpul manevrei GarF ceea ce presupune alegerea PF cu măsura

minimă a masei unitare

Diametrul nominal al PF reprezinta diametrul exterior al corpului PF DPF=DPFe (161)

Diametrul nominal al PF se determina in functie de Dsmasurile orientative fiind date in tabelul de mai jos

Ds mm 150170 150200 175225 200250 225300 gt250DPF mm(in) 889(3 frac12) 1016(4) 1143(4 frac12) 127(5) 1397(5 frac12) 1683(658)

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

Pentru diametrul sapei de foraj determinat icircn subcapitolul anterior Ds= 1715 mm = 634rdquo se alege diametrul nominal al prăjinii de foraj DPF =4 frac12rdquo = 1143 mm

Din STAS 8037 ndash 88 (vezi aplicatia 5 tabelul 1) se alege diametrul nominal standardizat 412rdquo E 75 cu urmatoarele caracteristici

- masa cu racorduri m1PF= 33 Kgm

- grosimea peretelui s= 1092 mm

- diametrul interior DPfi= 9246=925 mm

- aria prăjinii de foraj A= 3547 mm2

- modulul de rezistentă WP= 10583 cm3

- tipul icircngroşării EU

- gradul de rezistenta E 75

- presiunea exterioara limita pel= 894 bar= 894MPa

- presiunea interioara limita pil= 865 bar =865MPa

- forţa de tracţiune limita FtcL= 1834 kN

- momentul de torsiune limita MtLPF= 5003 kNm

- tipodimensiunea IFU a RSS NC46 (4IF)

Solicitari care duc la limita de curgere a RSS

- momentul de insurubare limita dpdv al curgerii materialului RSS

25

M i RS L=53 69 kNm

FtRSL = 4 664 kN (forţa de tracţiune limită dpdv al curgerii materialului RSS)

- momentul de insurubare recomandatM i r=27 3 kNm

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)

Se obtine

APF=π4sdot(114 32 mmminus92 462 mm)=3547 mm2

Se determina modulul de rezistenta polar al sectiunii transversale a corpului PF cu formula

W p=I p

DPF

2

(162)

unde I p este momentul geometric polar al sectiunii transversale a corpului PF

I p=π32

∙( DPF4 minusDPFi

4 )= π32

∙ DPF4 ∙[1minus( DPFi

DPF)

4] (163)

I p=π

32sdot114 34 mmsdot[1minus(925 mm

114 3 mm )4 ]=9569240 653 mm4=956 924 mm3

deci

W p=π

16sdotDPF

3 sdot[1minus( DPF i

DPF)

4]

(164)

Rezulta

W p=π

16sdot114 33sdot[1minus(92 5

114 3 )4]=167658 175 mm3

Calculul tensiunii de tractiune

σ tcl=F tcl

APF

(165)

26

σ tcl=1834 kN

3547 mm2 =1834 ∙ 103 N3547 mm2 =517056 ∙106 Pa

Aceasta tensiune arata limita de curgere minima conform tabelului cu caracteristicile

mecanice ale prajinilor de foraj pentru clasa de rezistenta E75 (vezi aplicatia 6) Limita de curgere

trebuie sa se situeze in intervalul 517hellip724 In cazul nostrum limita este 517 MPa care se

incadreaza intre valorile recomandate

-calculul tensiunii tangentiale τ=G∙θ ∙ r (166)

θ=M t

G ∙ I p

(16 7)

Unde G este modulul de elasticitate transversal al materialului din care se confectioneaza PFPentru otel G= 81010 Paθ- torsiunea specificar- raza punctului considerat din sectiunea transversala a corpului PF

θ= 5003∙ 103 Nm8 ∙ 1010 N m2 ∙ 0956∙ 10minus5m4 =653 ∙ 10minus2 1

m

τ=8 ∙1010 N

m2∙ 653 ∙ 10minus2 mminus1∙ 5785∙ 10minus2m=29855106

N

m2

Aceasta tensiune reprezinta tensiunea tangentiala de curgere

Lungimea ansamblului superior utilizat pentru forajul putului de exploatare se determina cu

expresia

LAn S=H MminusLAn PG (168) LAn S=3500 mminus162 m=3338 m

Se calculeaza numarul de PF

nPF=

LAn S

lPF (169)Considerand ca lungimea unei prajini este cea normala adica 9m se obtine

nPF=3338

9=37088

Se alege nPF=371 si se recalculeaza lungimea AnS

LAnS=371∙9m=3339 m

27

17Alegerea 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

garnitura stanga) [1]

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 masa rotativă 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 (658 REG) in timpul forajului după tubarea unei coloane de burlane prăjina

de antrenare trebuie uneori schimbată ndash diametrul cepului 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 de lucru 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 [1]

28

Fig 171 Prăjina de antrenare forjată a ndash pătrată b ndash hexagonală

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

Alegerea 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-cep

Se prefera alegerea unei prajini de antrenare forjate deoarece nu necesita reductii de legatura

proprii asa cum este cazul prajinii laminate

29

Fig172 Reducţii de legătură icircntre prăjina de antrenare (PA) şi racordul special (RS) denumite RLRS a ndash

reducţie dreaptă (pentru icircmbinări filetate cu aceleaşi dimensiuni) b ndash reducţie icircn trepte (pentru icircmbinări filetate cu

dimensiuni diferite)

Se alege o prajina de antrenare forjata patrata avand elementul de imbinare superioara de

tipul mufa cu filet stanga de tipul 658 REG pentru asamblarea cu reductie cap hidraulic(RLCH)

Pentru ansamblul superior al garniturii de foraj s-a stabilit ca se iau prajini de foraj de 4 12 in cu

racorduri speciale sudare(RSS) cu IEI si tipodimensiunea IFU NC 46

Ca urmare conform tabelului 1 aplicatia 7 se alege prajina de antrenare in varianta

constructiva 1(standard) cu dimensiunea nominala de 4 frac14 in Se foloseste o RLPA dreapta de

tipul mufa(NC46)-cep(NC46) ca in figura 172 a

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 infDPA

mm(in)DPAi mm

a mm

lPA m

mPAkg

1cep

6 58 REGmufăNC46

mufă6 58

REG

cepNC46

A (dreapta) NC46-NC46

108(4 14)

714 108 12192 800

30

18 Alegerea tipului de instalatie de foraj

Instalaţia de foraj reprezintă totalitatea maşinilor utilajelor si instalaţiilor necesare săpării unei sonde

Studiul pe sisteme al instalaţiilor de foraj corespunde principalelor operaţii care se efectuează

pentru forarea unei sonde precum si principalelor grupe de maşini si utilaje care intra in

componenta acestor instalaţii

Sistemele de lucru ale unei instalaţii de foraj sunt

1 Sistemul de manevra mdash SM- cu ajutorul căruia se realizează ridicarea si coboracircrea

sarcinilor

2 Sistemul de circulaţie - SC - care asigura circulaţia fluidului de foraj

3 Sistemul de rotire - SR - care realizează rotirea garniturii de prăjini in timpul forajului

In cazul instalaţiilor de foraj transportabile apare si sistemul de transport

Pentru asigurarea condiţiilor de funcţionare a sistemelor de lucru instalaţia de foraj mai

cuprinde sistemul de comenzi instalaţia de preparare si curăţare a fluidului de foraj dispozitive

de mecanizare si automatizare ansamblul de scule materialul tubular [1]

Alegerea instalaţiei de foraj se face pe baza sarcinii maxime utile (sarcinii maxime de lucru) FM (V APLICATIA 9)

In aplicatiile anterioare s-au determinat greutatile fiecarei coloane de burlane si anume

GCI(I)= 1413516 kN GCE= 722187kN

Rezulta ca cea mai grea CB GCBM=max GCI(I) GCE=1413516 kN

S-au ales pentru forajul putului de exploatare prajini grele cu DPG=6 in=1524 mm

DPGi=2 1316 in= 715 mm m1PG = 1115 kgm qPG=1094kNm LAnPG=135 m

Se determina greutatea AnPG

GAn PG=qPGsdotL An PG

(181)

si se obtine

GAnPG=1094kNm135m=14769kN

Greutatea unitara a PFse calculeaza folosind formula

qPF=m1 PFsdotg (182)

qPF=33kgm

sdot9 81m

s2=323 73

Nm

31

Greutatea AnS va fi

GAn S=qPFsdotLAn S (183)

GAn S=323 73Nm

sdot3 339sdot103 m=1080 934kN

Greutatea GarF se obtine insumand greutatea AnPG si greutatea AnS

GGar F=GAn PG+GAn S (184)

Se obtine

GGar F=147 69 kN+1080 934 kN=1228 624 kN

Se considera ca cea mai grea GarF este garnitura utilizata pentru forajul putului de exploatare

GGar F M=1228 624 kN

Alegerea IF se face pe baza sarcinii nominale de la carlig si a tipului de actionare

FM =max FM T FM D (185)

Sarcina maxima utila de tubare se calculeaza cu formula[1]

FM T

=GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+(1+kmf( M ) )sdot

ac

( M )

g ] (186)

in care

k r(M )estecoeficientul fortei de frecare la ridicarea coloanei de burlane intre peretele putului si

fluidul de foraj k mf(M )minusiquestcoeficientul de masa al fluidului de foraj din interiorul coloanei aderent la

coloana ac(M )- acceleratia miscarii carligului in cazul ridicarii sarcinii normale

kDij- coeficientul diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

ρ0 ndashdensitatea otelului din care sunt confectionate burlanele

ρf -densitatea fluidului de foraj

Coloana fiind considerată plină cu fluid de foraj cu aceeaşi măsură a densităţii ca şi aceea

din interiorul puţului forat coeficientul k mf(M ) se determină cu formula [1]

k m f=ρf

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1] (187)

unde DCB este diametrul nominal al CB GCBM ndash greutatea celei mai grele coloane de burlane Sfa- grosimea startului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al coloanei de burlane

32

LCB ndash lungimea CB lj ndash lungimea tronsonului de ordinul j kDij ndash coef diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

K Dij=Dibj

DCB

(188)

Pentru CI(I) de 858in vom avea

DCI(I)=858in= 2191 mmntCI(I)=6

sB jisin 10 16 10 16 8 94 10 16 10 16 11 43 mmDi B jisin 198 8 198 8 2012 198 8198 8 196 8 mm

k Di jisin 0 907 0 907 0 918 0 907 0 907 0 898 l jisin 255 325 460 520 395 705 m

LCI(I)=HCI(I)=2660m

=125tm3

sf a=0 653 mm grosimea stratului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al CB

iquestsumj=1

6

(1minusk Di j2 )sdotl j=

(1-09072)sdot255+(1minus09072 )sdot325+(1-09182 )sdot460+ (1minus09072 )sdot52 0++ (1-09072)sdot39 5+(1minus0 8982)sdot705=473 972 m

Se admite

k r(M )=02

si ac

(lt M )=1 ms2 Se obţine

Sarcina maxima utila la tubare

FM T =1413 516 kN sdot[(1minus1 25 t m3

7 85 t m3 )sdot(1+02 )+ (1+0 745 )sdot 19 81 ]=1677 556 kN

Sarcina maxima utila de degajare a celei mai grele garnituri de foraj se determina cu relatia[1]

FM D =GGar F Msdot(1minus ρ f

ρo)+FD M

FD M este forta de degajare maxima FD M =300kN

33

k m f(M )=

ρ f

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

5

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1]=

Măsura lui FDM se apreciază icircn funcţie de măsura lui HM conform tabelului 1 aplicatia 9

FM D =1228 624 kNsdot(1minus1 25 t m3

7 85 t m3)+300 kN=1332 983

kN

Conform rezultatelor de mai sus se obtineFM

=max 1677 556 1332983 kN=1677 556 kN 9 81≃171 0047 tf

Ca urmare se poate alege o IF transportabilă pe cale terestră pe subansamble (SAn) din clasa F 200 (vezi [1])

Tipul acţionării se alege icircn funcţie de posibilitatea de alimentare cu energie electrică a IF icircn

zona de amplasare de instalaţiile aflate icircn dotarea firmei de foraj şi de costul comparativ al

combustibilului şi al energiei electrice din perioada cacircnd o să lucreze instalaţia icircn situaţia icircn care

firma dispune de instalaţii cu acţionări neautonome sau autonome

Se admite că situaţia din zona de amplasament a IF impune o acţionare de tipul DH Avacircnd

icircn vedere acest lucru rezultă că se poate alege o IF de tipul

F-200-2DH (T(SAn))

19 Concluzii

Pe baza datelor luate din materialul didactic si standardele nationale cat si internationale s-a

facut un calcul teoretic de alegere al instalatiei de foraj Luand in consideratie ca mediul real poate

aduce un aport negativ asupra calculelor teoretice in rezultatele prezentate mai sus s-au luat niste

coeficienti de siguranta care sa acopere riscurile posibile totodata s-a constatat ca desi pentru

Sonda 7 Pacurari este necesara o instalatie mai mica decat cea aleasa am fost nevoit sa aleg anume

F200-2DH deoarece conditiile tehnico-economice presupun utilizarea tipului utilajului folosit deja

in industria petroliera si standardizat conform normelor STAS si API

2 PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

21 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

34

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

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 arborele 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 [1]

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 MBM 820 cu supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului DH de tipul GF-820+CHC-750-2 sunt

prezentate icircn fig 21 Se analizează dependenţele funcţionale reprezentate de aceste curbe (vezi

aplicatia 13)

35

Fig 2 1 Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului de acţionare de tipul DHformat din GF 820 şi CHC-750-2 pentru reglarea motorului diesel la sarcină plină

şi funcţionarea lui cu gradul maxim de accelerare (la care puterea maximă amotorului este puterea nominală Pn) şi funcţionarea lui cu gradul maxim deaccelerare MI MII ndash momentul dezvoltat la arborele primar (I) respectiv laarborele secundar (II) al CHC ωI ωII ndash viteza unghiulară PI PII ndash puterea

ηCHC ndash randamentul CHC

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (210)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (211)

Tabel 311 Parametrii functionali ai grupului de actionare GF-820 + CHC-750-2

36

Fig 211 Curba caracteristica exterioara a CHC este o caracteristica flexibila cresterea momentului rezistent este

preluata de CHC prin reducerea importanta a vitezei unghiulare a arborelui secundar

Din aceste grafice se deduce ca pentru ηm= 07 DEF al CHC-750-2 reprezentat prin ηCH ϵ

[0700 0847] nII ϵ [275 950] rotmin MII ϵ [14730 4000] kNm

Din datele obinute rezulta avantajele utilizarii CHC in cadrul GA de tipul DH

1 CHC lucreaza ca un variator continuu de viteza adica ωII se modifica automat si continuu odata cu variatia momentului rezistent aplicat arborelui secundar astfel se spune ca CHC isi regleaza regimul de functionare deci CHC permite o autoadaptare a GA la sarcina

2 Utilizarea CHC simplifica lantul cinematic al IF37

3 CHC protejeaza motorul Diesel impotriva suprasarcinilor si a socurilor transmise de la antorul sistemului de lucruinclusive in situatia blocarii secundarului

Fig 212 Curbele caracteristice pentru sarcina plina ale motorului MBM-820 si curba puterii in functie de sarcina plina a aceluiasi motor

22 Alegerea modului de acţionare

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

38

Instalaţiie 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[1]

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

39

Fig 221 Schema structural-functionala a unei instalatii de foraj cu mod de actionare centralizatin varianta MAC2 cu

actionare DH

S-a ales varianta MAC2 in care PN este actionata separat formand impreuna cu GA si transmisiile mecanice respective un grup motopompa (GMP) dupa cum TA este DH vezi 1[1])

23 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

1 pompe centrifuge pentru hidrocicloane2 site vibratoare 3 agitatoare4 pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de foraj5 pompe centrifuge pentru apa6 pompe centrifuge pentru chimicale7 pompe pentru reziduuri8 pompe pentru combustibil9 comanda hidraulica a prevenitoarelor10 instalaţie pentru uscarea aerului11 agregate pentru icircncălzire12 maşini-unelte13 agregat pentru sudura

40

14 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

Tabel 231 Consumatorii auxiliari de forta utilizati in cadrul IF de tipul F200-2DH si puterea lor

NrCrt

Denumirea consumatorilor Puterea motorului

kW

NrmotoarePuterea totala

kW

A Instalatia de foraj propriu-zisa

1 Site virbatoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 10 75

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa racire troliu 75 1 75

5 Pompa apa racire frina hidraulica 75 1 75

6 Pompe instalatie amestec chimicale 3 2 6

7 Pompe combustibil 3 2 6

8 Pompe ulei 15 1 15

9 Pompe de preparare a fluidului de foraj 75 2 150

10 Pompa baterie denisipare 55 1 55

11 Pompa baterie desmiluire 50 1 50

12 Instalatie degazeificare 5 1 5

13 Degazeificator 30 1 30

14 Instalatie de preparare centrifuga 20 3 60

15 Instalatie transport material pulverulent 4 1 4

16 Dispozitiv salvare garnitura 20 1 20

17 Dispozitiv strins-slabit 11 1 11

18 Dispozitiv manevra prajini grele 75 1 75

19 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

20 Pod tubaj reglabil 75 1 75

21 Instalatie comanda prevenitoare 11 1 11

41

22 Instalatie de uscare aer 15 1 15

23 Instalatie iluminat normal 18 1 18

24 Instalatie iluminat siguranta 08 1 08

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

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

PCsAF = 5928 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

24 Calculul puterii instalate

Puterea instalata a IF (Prsquo) reprezinta puterea motoarelor utilizate pentru actionarea

antoarelor principale a celor auxiliare si pentru actionarea celorlalte utilaje si instalatii folosite

pentru executarea diverselor operatii auxiliare

Prsquo = P + PCsAF (241)

P = n Pn (242)

Pn-Puterea nominala a motorului MB820 Pn= 655 kW

n-numarul de motoare folosite

P = (2+2) ∙ PnP = (2 + 2) 655kW = 2620 kW

Prsquo= 2620 kW + 5928 kW = 32128 kW

25 ConcluziiIn capitolul 2 s-au ales grupurile de actionare Alegerea s-a facut pe baza analizei

parametrilor motoarelor si caracteristicile acestora s-a evidentiat modul de utilizare al acestor

grupuri de actionare astfel incat sa fie satisfacute conditiile de tehnologicitate si economicitate

Acest lucru s-a facut pentru a obtine niste parametri de lucru cat se poate eficienti si economici

deoarece in cazul neindeplinirii uneia din conditii se pot intampla atat stagnari ale procesului

normal de foraj (uneori poate chiar si cu consecinte catastrofale) cat si pierderi financiare mari

42

3 ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ SI PREZENTAREA PARAMETRILOR SI CARACTERISTICILOR LOR

31Alegerea capului hidraulic

Fig31 Secţiune prin CH (reprezentare schematică (a) şi reprezentare constructivă (b))1 ndash corp (oală) 2 ndash bolţ 3 ndash toartă (biglu) 4 10 ndash rulment cu role cilindrice (de ghidare) 5 11 ndash garnituri de

etanşare 6 ndash rulment axial principal cu role conice 7 ndash fus 8 ndash reducţie 9 ndash rulment axial secundar cu bile 12 ndash felinar (capac) 13 ndash lulea 14 ndash piuliţă inferioară 15 ndash ţeavă de spălare 16 ndash cutie de etanşare 17 ndash etanşarea icircntre

partea superioară a ţevii de spălare şi lulea 18 ndash piuliţă superioară 19 ndash şuruburi de fixare

Capul hidraulic [1] (CH) este un utilaj care face parte din ansamblul de antrenare a GarF

El reprezinta nodul de legatura intre cele trei echipamente principale (EqPr) ale IF echipamentul

de circulatie (EqC) echipamentul de rotatie (EqR) si de manevra (EqM)

CH este suspendat in ciocul cirligului triplex cu ajutorul toartei sale La randul sau CH sustine

garnitura de foraj prin intermediul reductiei de legatura si al prajinii de antrenare De luleaua CH

se monteaza furtunul de noroi

43

Ca urmare functiunile CH sunt

1 Sustinerea GarF in timpul forajului

2 Permiterea rotatiei GarF

3 Conducerea fluidului de forajsub presiunede la FN la PA prin lulea teava de spalare

fus si RLCHin cazul circulatiei directe

Marimile fizice principale ale CH1 marimile functionale

- sarcina de lucru maxima

- turatia maxima a fusului

- presiunea maxima a fluidului de foraj

2 marimile dimensional-constructive

- diametrul interior al tevii de spalare

- tipo-dimensiulnile de legatura

3 marimile de anduranta

- sarcina limitacapacitatea in functie de rulmentul principal

- durabilitatea rulmentului principal

- durabilitatea etansarii tevii de spalare

Fig 31 Capul hidraulic (CH) montat icircn ciocul cacircrligului icircn timpul forajului

Alegerea capului hidraulic se face pe baza sarcinii maxime de lucru (FCH M

) si trebuie sa echipeze instalatia de foraj F200-2DH [1]

44

FCH M

geF M

(31)

FM =200 tf

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

(32)

Capetele hidraulice construite icircn Romacircnia sunt tipizate conform SR 5736 [66] care este

elaborat icircn concordanţă cu API Spec 8A [67] şi API Spec 8C [68]

Din tab 62 Cap 6 6 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH ndash 320 (ndash40degC) SR 5736

necesar instalaţiei de foraj alese F200

CHndash320 (ndash40degC) SR 5736 este un cap hidraulic echipat cu rulment axial-oscilant cu role

butoi cu sarcina maximă de lucru de 320tf care lucrează icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash

40degC

Conform SR 5736 acest tip de CH se caracterizează şi prin

Sarcina limită sau capacitatea maximă icircn funcţie de rulmentul principal FRLCH=147tf

pM = 35MPa nM = 300 rotmin di = 762 mm LP 4 (filetul de legătură al lulelei cu FF) 6⅝

REG LH (filetul de legătură cu RLCH)

32Alegerea ansamblului macara carlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 32 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]

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia [1]

FMC ge FCM (321)

Din tab32 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32-1250 MC -300 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii

45

Tabel 31 Caracteristicile Ansamblului Macara-Carlig

Tabelul 32 Tipurile de macarale-cacircrlig construite icircn Romacircnia şi caracteristicile lor (cf [69])

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (32)

GMC =8610t middot 981 ms2 = 84464 kN

46

UnMas F200Denumire 5-32MC-300

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300

Nr Roti manevra - 5

Diam cablului mm 32

Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140

Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in f-ie de rulmenti US tonf 347

Masa t 8610

Fig 32 Construcţia ansamblului-cacircrlig mono-bloc 1 ndash cacircrlig triplex 2 ndash bolţ 3 ndash pahar şi rulment axial 4 ndash tijă 5ndash piston 6 ndash arcuri de destindere 7 ndash piesă de legătură icircntre ansamblul cacircrligului şi macara 8 ndash axul macaralei 9 ndash role 10 ndash rulmenţii macaralei 11 ndash plăci laterale

33Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul de foraj reprezinta partea fixa a masinii macara-geamblac Se monteaza in

grupul mastului pe grinzi numite coroana geamblacului Este format dintr-un ax pe care se

monteaza un anumit numar de role (z+1) prin intermediul unor rulmenti Fiecare rola se misca

independent de celelalte (z-numarul de role de la macara) [1]

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

-geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţie romacircnească Avantajul acestui tip

constructiv este acela că este o construcţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

- 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

47

c geamblacul de foraj din două blocuri

- geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se pot roti şi interschimba asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

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

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

a geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

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

b geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

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 ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia [1]

Fig 331 Geamblac cu o roata separata

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 332

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

Alegerea geamblacului de foraj se face in functie de sarcina de lucru maxima de diametrul cablului utilizat de tipul cablului de manevra de tipul macaralei respectiv de tipul ansamblului macara-carlig

48

Pentru instalatia F200-2DH se alege unul din geamblacurile tipizate care sa indeplineasca cerintele impuse

Fig 33 2Geamblac monobloc 1 ndash suport (prin care GF se montează prin şuruburi de coroană ramă) 2ndash ax 3 ndash rolă roată 4 ndash rulment radial-axial cu role conice pe două racircnduri 5 ndash disc distanţier 6 ndash bucşă distanţieră 7 ndash ungător cu bilă (folosit pentru ungerea consistentă a rulmenţilor) (canalele de ungere sunt practicate icircn plan orizontal) 8 ndash placă de presare 9 ndash apărătoare

Pentru instalatia de foraj F 200 se va folosi un geamblac A 6 -32-1250GF-300 (-400C)(vezi [1] cap 54 tab56)adica geamblac de foraj cu 6 roţi role pe ax cu diametrul cablului de manevră de 32 mm

diametrul exterior al rolei de 1250 mm sarcina maximă de lucru 300tfşi temperatura de lucru de ndash

40degC Din tabelul 56 Cap 5 [1]se observă că acest tip de geamblac face parte din clasa

echipamentului (de manevră) 450

Tabel 33 Caracteristicile GeamblaculuiUnMas

Denumire 6-32GF-300Sarcina maxima la coroana geamblacului tf 400

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300Nr Roti manevra - 6

Diam cablului mm 32Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in functie de rulmenti US tonf 416Masa t 28

49

34Alegerea elevatorului 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

Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane de tubare (B-ElPCB) (bdquocasing slip

elevator-spiderrdquo icircn lb en) este o sculă de manevră care se foloseşte icircn timpul tubării puţurilor

atacirct pentru susţinerea coloanei de burlane (CB) ca broască cu pene aşezată pe masa rotativă

(MR) cacirct şi pentru săltarea din penele broaştei şi introducerea coloanei icircn puţ ca elevator (cu

pene) Deci aceste scule se folosesc icircn pereche icircn timpul tubării puţurilor una aşezată pe MR

susţine CB prin icircmpănare icircndeplinind funcţia de broască cu pene (vezi fig 341) iar cealaltă

care este susţinută icircn chiolbaşi avacircnd rolul de elevator (cu pene) se prinde tot prin icircmpănare pe

burlanul care s-a adăugat prin icircnşurubare la coloană saltă CB din broasca cu pene şi o susţine icircn

timpul introducerii ei icircn sondă (vezi fig 342)

Fig 342 Tragerea burlanului pe jilip cu ajutorul unui elevator de tras burlane pentru a fi icircnşurubat icircn

coloana susţinută icircn broasca cu pene

50

Fig 343 Varianta de elevator (cu pene) (cu inel ridicător) a broaştei-elevator cu pene cu două semicorpuri care este susţinută icircn ochiurile inferioare ale chiolbaşilor (11) icircn timpul introducerii coloanei de burlane (12) icircn puţul care se tubează 1 ndash corp carcasă 2 ndash umăr 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă de siguranţă 5 ndash corp de pană 6 ndash bacuri 7 ndash pacirclnie de ghidare 8 ndash cadru ridicător 9 ndash icircmpingătoare 10 ndash mecanism cu pacircrghii de ridicare

Din punct de vedere funcţional se deosebesc tipurile bull broască cu pene (BP) bull elevator cu pene (ElP)

Fig344 Broasca-elevator cu pene

51

In figura 344 este reprezentata Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane (broasca cu pene icircn partea de sus stanga elevatorul cu pene icircn partea dreapta şi vedere de sus a elevatorului cu pene icircn partea de jos) 1ndash corp 2ndash umăr braţ superior 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă (siguranţă pentru chiolbaşi) 5 ndash poartă uşă 6 ndash pene 7 ndash bacuri 8 ndash placă de sprijin (pe masa rotativă) 9 ndash guler de protecţie şi ghidare 10 ndash pacirclnie de ghidare HB ndash icircnălţimea broaştei cu pene HE ndash icircnălţimea elevatorului cu pene l ndash lăţimea broaştei-elevator

Alegerea elevatorului cu pene se face din conditiile urmatoare

FPgtFCBM

(341)

unde

FPleFBminusEl PCB

(342)

Studiind oferta companiei STEROM SA Cacircmpina conform ([1] cap 8 tab88) se alege un elevator cu pene de tipul

B-ElPCB 4frac12 ndash 13⅜ in x 350 ts (9⅝ x 275 ts x 8⅝) (ndash 45ordmC)

icircnseamnă broască-elevator destinată utilizării pentru burlane cu diametrul nominal cuprins

icircntre 4frac12 in şi 13⅜ in (inclusiv) cu sarcina nominală (sarcina maximă de lucru) de 350 ts (320tf)

echipată cu pene set de pene de 958 in cu sarcina nominală (maximă de lucru) de 275 ts (250 tf)

icircn care sunt montate bacuri de 858 in adică această broască-elevator este echipată pentru susţinerea

unei CB de 858 care determină icircn timpul manevrei ei o sarcină maximă la cacircrlig de cel mult 275ts

(250 tf) Ea este executată să lucreze icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash 45 ordmC

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

21t∙981ms2 =20601kN

35 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatorul pentru prăjini de foraj (ElPF) (bdquodrill pipe elevatorrdquo icircn lb en) este o sculă de

manevră care se foloseşte pentru susţinerea garniturii de foraj (GarF) icircn timpul extragerii şi

introducerii ei icircn sondă El prinde sub mufa PF şi este agăţat prin umerii săi icircn ochiurile

inferioare ale chiolbaşilor

ElPF se compune din

52

ndash două corpuri articulate care se icircnchid pe PF prevăzute cu cacircte un umăr cu care se suspendă icircn

ochiurile inferioare (mici) ale chiolbaşilor

ndash icircnchizatorul celor două corpuri

ndash eclise cu bolţuri prinse icircn umeri pentru asigurarea contra ieşirii chiolbaşilor

Elevatoarele se deosebesc prin forma lor modul de icircnchidere a celor două corpuri şi forma

suprafeţei de rezemare a prăjinilor

Din punctul de vedere al icircnchiderii se diferenţiază

ndash ElPF cu icircnchidere centrală (ElPFIcircC)

ndash ElPF cu icircnchidere laterală (ElPFIcircL)

După forma suprafeţei de sprijin al PF se disting

ndash ElPF cu scaun drept (ELPFSD) deci cu suprafaţă de rezemare dreaptă folosite pentru

manevrarea prăjinilor de foraj cu racorduri speciale sudate cu umăr drept (RSSUD) sau cu

racorduri icircnfiletate [1]

Fig 351 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun conic

ndash ElPF cu scaun conic (ElPFSC) care dispun de o suprafaţă de rezemare interioară tronconică cu unghiul de icircnchidere standardizat de 18deg ca şi mufele racordurilor speciale sudate cu umăr conic (RSSUC)

53

Fig 352 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun dreptElevatoarele sunt tipizate prescripţiile generale fiind prevăzute de API Spec 8A [85] şi

Spec 8C [86] Icircn fig 88 este reprezentat un ElPF cu scaun conic iar icircn fig 89 un ElPF cu scaun

drept

In figura 34 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic

Fig 34 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Alegerea elevatorului pentru prajini se face in functie de tipul prajinilor de foraj

1 Daca prajinile sunt cu recorduri speciale infiletate atunci cu scaun drept

2 Daca prajinile sunt cu racorduri speciale sudate atunci cu scaun conic

La alegerea elevatorului trebuie indeplinita conditia

FElgtFGar FMn

(sarcina normala utila de la carlig) (351)

icircn care FGar FM

este sarcina maximă care apare icircn timpul manevrării garniturii pacircnă la adacircncimea

maximă de foraj a puţului respectiv

54

Pentru că prăjinile de foraj sunt cu RSSUC si FGar FM

=122863kN conform tabelului 85

[1] cap 8 se alege un elevator cu scaun conic cu urmatoarea nominalizare

Elevator cu scaun conic 4frac12 x 1214 x 250 adica

elevator cu scaun conic cu dimensiunea nominală de 4frac12 ( pentru prăjini de foraj cu

RSSUC cu diametrul nominal de 4frac12 DPF = 4frac12) cu diametrul interior de 1214 mm (ceea ce

icircnseamnă că se utilizează pentru prăjini cu capetele fie cu II fie cu IEI (conform tabelului 85 cap

8) şi cu sarcina maximă de lucru de 250 tf cu masa mEl=1828kg conform NR 05-1018R STEROM

SA

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

ELpF= mEl middot g (253)

GEl = 1828 kg middot 981 ms2 = 18 kN

36Alegerea chiolbasilor

Chiolbaşii (Ch) (bdquothe drilling linksrdquo bdquoelevator linksrdquo icircn lb en) denumiţi şi bdquobraţele de

elevatorrdquo sunt scule de foraj care fac legătura icircntre cacircrlig şi elevator fiind utilizaţi icircn timpul

manevrei garniturii de foraj (GarF) şi coloanelor de burlane (CB)

Ei se agaţă cu ochiurile superioare de umerii cacircrligului şi susţin cu ochiurile lor inferioare

elevatorul prin umerii acestuia (vezi fig 361) Astfel sarcina datorată GarF sau CB este

preluată prin intermediul elevatorului de către Ch care o transmit cacircrligului [1]

55

Fig 361 Ansamblul format din macara-cacircrlig chiolbaşi şi elevator icircncare este susţinută garnitura de foraj icircn timpul manevrei acesteia

Din punct de vedere al sarcinii de lucru exista 3 tipuri de chiolbasi

1 Usor (sarcini mici)

2 Mediu (sarcini medii)

3 Greu (sarcini mari)

Tipul usor are forma de za alungita iar cel mediu si greu ndash de bara prevazuta la ambele capete cu

ochiuri

Chiolbasii se executa prin forjare in matrita dintr-o singura bucata de otel slab aliat de

constructii pentru a se asigura o rezistenta mare atat prin fibrajul obtinut prin procedeul tehnologic

respective cat si prin compozitie si prin TT folosit

Fig 362 Diferite tipuri de chiolbaşi

Alegerea chiolbasilor se face in functie de sarcina de lucru si de lungimea nominala

Fig 363 Tipurile de chiolbaşi şi dimensiunile lor principale a ndash chiolbaş de tipul uşor b ndash chiolbaş de tipul mediu c ndash chiolbaş de tipul greu C2 ndash raza de curbură interioară a ochiului superior G1 ndash raza de curbură interioară a ochiului

56

inferior D2 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului superior cu umărul cacircrligului H1 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului inferior cu umărul elevatorului d d1 ndash diametrul barei L ndash lungimea de lucru (dintre

punctele de sprijin pe umărul cacircrligului şi pe umărul elevatorului)

Conform normelor prevazute pentru F200-2DH se aleg chiolbasi de tip greu serie Chiolbaşi 69 x 2100 x 320

Gama de sarcini Fch = 320 tf perDimensiuni principale- d1 = 85 mm- C2 = 108 mm

- G1 =70 mm- D2 = 34 mm - H1 = 345 mm- Lungimea totala Lch = 2100 mm- Masa netă informativă mch = 247 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (36)

GCh = 247 kg middot 981 ms2 = 243 kN

37Alegerea cablului de manevra

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

1 la manevră cablul de manevră sau de foraj

2 la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcărit

3 la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancoră

4 pentru rabaterea turlei cablul de praştie

5 la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electrici

Cablurile 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

57

1 de acelaşi diametru 5 la fire2 de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 371)

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

Fig 371 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

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

1 organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)

2 metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)

3 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 ]

58

Fig 372 Cablarea a ndash icircnfăşurarea spre dreapta b ndash icircnfăşurarea spre stacircngac ndash cablarea icircn cruce stacircnga (ZS) d ndash cablarea icircn cruce dreapta (SZ)e ndash cablarea paralelă dreapta (ZZ) f ndash cablarea paralelă stacircnga (SS)

Alegerea cablului se face pe baza sarcinii sale reale minime de rupere (Srm) astfel icircncacirct să fie satisfăcută condiţia de rezistenţă (vezi [1])

Srm gecM middot FM (37)

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

CM - coeficientul de siguranţă pentru operatiile de tubare si instrumentatie care se accepta egal cu

valoarea 2 conform API Spec9B iar FM ste forta maxima din RA a infasurarii cablului Ea se

determina cu expresia[1]

(372)

in care FM este forta totala care actioneaza asupra ramurilor din cablu z ndash nr de role de la macaraηMminusG - randamentul masinii macara-geamblac la ridicareRandamentul masinii macara-geamblac la ridicare se obtine cu relatia (cf[1])

ηMminusG=β2 ∙Zminus1

2 ∙ Z ∙ β2 ∙Z ∙ ( βminus1 ) (373)

unde β este inversul randamentului unei role

β= 1ηRo

(374)

pentru care se admite valoarea β =104 conform API iar ηRo =096 (API) randament role

59

FM=FM

2sdotzsdotηM minusG

Conform tipului de ansamblu MC ales z =5 Atunci rezultă

ηMminusG =

1 04225minus12sdot5sdot1 042sdot5 (1 04minus1 )

=0 811

Forţa F M se calculează cu expresia (conform [1])

FM =F M +GoTsdot(1+

ac(M )

g )

(375)

unde FM

este sarcina maxima utila la carlig GoT - greutatea moarta la tubare g- acceleratia

gravitationala g= 981 ms2 ac(M )

- acceleratia miscarii carligului are valori cuprinse in domeniul

[0515]∙ ms2

Greutatea moartă la tubare se determină ţinacircnd cont de greutatea elementelor ansamblului

MC a chiolbaşilor (Ch) a elevatorului cu pene (ElP) şi a ramurilor de cablu dintre macara şi

geamblac

GoT =

GMC+G ch+GEl P+GCM

(376)

Deoarece la acest moment nu se cunoaşte tipodimensiunea cablului şi ca urmare masa sa unitară se face aproximaţia

GoT iquestGMC+G ch+GEl P (377)

rezulta

GOT=8446 kN+243kN+20601 kN=1075 kN

Ştiind tipul IF se determină

FM

=200tf= 200∙981 =1962kNSe accepta

ac(M )=1 m s2

si se obtine

FM =1962 kN+107 5 kNsdot(1+ 19 81 )=2080 46 kN

60

Se calculeaza

F =

2080 46 kN2sdot5sdot0 811

=256 531 kN

Se determină sarcina reală minimă de rupere necesară a cablului cu formula

Srmnec gecM middot FM (378)

c M=2 ( conform API) si rezulta

Srmnec =2∙256531kN=513062kN

Se alege un cablu Seale cu o măsură a lui Srm astfel icircncacirct să fie icircndeplinită condiţia următoare

Sr mgtSr m nec

(379)

Ca urmare din [1] tabelul 52 se constată că se poate alege

Cablu Seale 6x19-32-1570 SZ STAS1689-80

caracterizat prin

nT=6 nr toroane

n f=19=1+9+9 nr fire din fiecare torondc=32 mm diametrul nominalRm=1570 MPa rezistenta minima de rupere a sarmelorSr m=531 32 kN sarcina reala minima de rupered0=3 mm diametrul sarmelor centraled1=1 45 mm diametrul sarmelor intermediared2=26 mm diametrul sarmelor exterioarem1 C=3 89 kg m masa unitara

Tipul cablării cruce dreapta (SZ) adică sensul de icircnfăşurare a firelor icircn toron este spre stanga(S) iar sensul de icircnfăşurare a toroanelor icircn cablu este spre dreapta (Z)Sr m=531 32gtSr nec=513 062 kN

Deci conditiaSr mgtSr nec este satisfacuta

Se reia calculul pentru verificare

61

Trebuie sa recalculam FM tinand cont si de greutatea cablului GCM

GCM =2sdotzsdotlr CM(M ) sdotqc (3710)

qc - greutatea unitara a cabluluiqc =m1 Csdotg (3711)

qc =3 89 kg msdot9 81 m s2=38 161 N mlr CM(M ) =(15 m+lp )+sminuslb (3712)

lr CM(M )

=(15 m+27 m)+65 mminus9 m=26 m

in care s=65m ndash spatiu de siguranta lb=9m lungimea unui burlanlp=27m lungimea pasului

GCM=2sdot5sdot26 msdot38 161 N m=9 922 kN

GoT=107 5 kN+9 922kN=117 422kN

Pentru IF F200-2DH vom avea

F =

2091 413 kN2sdot5sdot0 811

=257 88 kN

c M=Sr m

F c M=531 32kN

257 88 kN=2 06gtc=2

Tabelul 375 Parametrii caracteristici ai cablurilor Seale 6 x 19 conform STAS 1689-80

38 Alegerea troliului de foraj

62

FN=200sdot9 81kN+117 442kN (1+ 19 81

)=2091 413kN

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

Fig 161 Prăjini de foraj cu racorduri speciale sudate (PFRSS) [1] a ndash varianta II (cu capetele icircngroşate la interior) respectiv IU (Internal Upset) conform API b ndash varianta IE (cu capetele icircngroşate la exterior) respectiv EU (External Upset) conform API c ndash varianta IEI (cu capetele icircngroşate la exterior şi la interior) respectiv IEU (Internal-External Upset) conform API

Alte tipuri de PF sunt ndash PF cu perete gros ( Thick Wall Drill-Pipe icircn lb en) ndash PF cu grosimea de perete variabilă ndash PF cu racorduri speciale sudate cu canale elicoidale şi cu perete gros

Racordurile speciale pentru sudare (RSS) de la PF cu II IE şi IEI au tipodimensiunile şi

condiţiile tehnice reglementate icircn STAS 75701-80 (bdquoRacorduri speciale pentru sudare prin contact

la prăjini de foraj din clasele de rezistenţă D şi Erdquo) icircn norma API Spec 7 şi de asemenea icircn

normele interne ale firmelor constructoare RSS se execută icircn două variante constructive (fig

162)

ndash varianta A RSS cu scaun conic

ndash varianta B RSS cu scaun drept

23

Fig 162 Racorduri speciale pentru sudare (RSS) la prăjini de foraj [2] varianta A (cu scaun conic) varianta B (cu scaun drept)

Normele API Spec 7 prevăd RS şi pentru PF confecţionate din oţeluri din clasele de rezistenţă

superioare X-95 G-105 şi S-135

RSS sunt prevăzute cu icircmbinări filetate cu umăr (IcircFU) standardizate icircn STAS 8351-80

Alegerea prăjinilor de foraj

A alege prăjinile de foraj (PF) icircnseamnă a stabili ndash tipul PF

ndash diametrul nominal (DPF) şi grosimea de perete (sPF)

ndash clasa (gradul) de rezistenţă ndash clasa de uzură

ndash intervalul de măsuri ale lungimii

Criteriile pe baza cărora se face alegerea PF sunt următoarele

1) rezistenţă maximă la solicitările statice şi variabile care se asigură prin alegerea

corespunzătoare a tipului de PF a clasei de rezistenţă şi a celei de uzură a PF a intervalului de

măsuri ale lungimii PF şi a unei măsuri a grosimii de perete cacirct mai mari

2) rezistenţă maximă la acţiunea mediului coroziv care impune alegerea corespunzătoare a oţelului

şi dacă este cazul alegerea PF cu acoperiri speciale anticorozive şi de asemenea a unei măsuri a

grosimii de perete cacirct mai mari

3) energie minimă consumată icircn timpul forajului care icircnseamnă

a) energie mecanică de rotaţie minimă care se asigură prin alegerea unor măsuri ale

diametrului nominal şi grosimii de perete cacirct mai mici 24

b) energie hidraulică minimă (consumată prin circulaţia fluidului de foraj)ceea ce

presupune o pierdere de presiune minimă la curgerea fluidului de foraj prin interiorul PF care

determină alegerea unei măsuri cacirct mai mici a grosimii de perete

4) energie minimă consumată icircn timpul manevrei GarF ceea ce presupune alegerea PF cu măsura

minimă a masei unitare

Diametrul nominal al PF reprezinta diametrul exterior al corpului PF DPF=DPFe (161)

Diametrul nominal al PF se determina in functie de Dsmasurile orientative fiind date in tabelul de mai jos

Ds mm 150170 150200 175225 200250 225300 gt250DPF mm(in) 889(3 frac12) 1016(4) 1143(4 frac12) 127(5) 1397(5 frac12) 1683(658)

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

Pentru diametrul sapei de foraj determinat icircn subcapitolul anterior Ds= 1715 mm = 634rdquo se alege diametrul nominal al prăjinii de foraj DPF =4 frac12rdquo = 1143 mm

Din STAS 8037 ndash 88 (vezi aplicatia 5 tabelul 1) se alege diametrul nominal standardizat 412rdquo E 75 cu urmatoarele caracteristici

- masa cu racorduri m1PF= 33 Kgm

- grosimea peretelui s= 1092 mm

- diametrul interior DPfi= 9246=925 mm

- aria prăjinii de foraj A= 3547 mm2

- modulul de rezistentă WP= 10583 cm3

- tipul icircngroşării EU

- gradul de rezistenta E 75

- presiunea exterioara limita pel= 894 bar= 894MPa

- presiunea interioara limita pil= 865 bar =865MPa

- forţa de tracţiune limita FtcL= 1834 kN

- momentul de torsiune limita MtLPF= 5003 kNm

- tipodimensiunea IFU a RSS NC46 (4IF)

Solicitari care duc la limita de curgere a RSS

- momentul de insurubare limita dpdv al curgerii materialului RSS

25

M i RS L=53 69 kNm

FtRSL = 4 664 kN (forţa de tracţiune limită dpdv al curgerii materialului RSS)

- momentul de insurubare recomandatM i r=27 3 kNm

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)

Se obtine

APF=π4sdot(114 32 mmminus92 462 mm)=3547 mm2

Se determina modulul de rezistenta polar al sectiunii transversale a corpului PF cu formula

W p=I p

DPF

2

(162)

unde I p este momentul geometric polar al sectiunii transversale a corpului PF

I p=π32

∙( DPF4 minusDPFi

4 )= π32

∙ DPF4 ∙[1minus( DPFi

DPF)

4] (163)

I p=π

32sdot114 34 mmsdot[1minus(925 mm

114 3 mm )4 ]=9569240 653 mm4=956 924 mm3

deci

W p=π

16sdotDPF

3 sdot[1minus( DPF i

DPF)

4]

(164)

Rezulta

W p=π

16sdot114 33sdot[1minus(92 5

114 3 )4]=167658 175 mm3

Calculul tensiunii de tractiune

σ tcl=F tcl

APF

(165)

26

σ tcl=1834 kN

3547 mm2 =1834 ∙ 103 N3547 mm2 =517056 ∙106 Pa

Aceasta tensiune arata limita de curgere minima conform tabelului cu caracteristicile

mecanice ale prajinilor de foraj pentru clasa de rezistenta E75 (vezi aplicatia 6) Limita de curgere

trebuie sa se situeze in intervalul 517hellip724 In cazul nostrum limita este 517 MPa care se

incadreaza intre valorile recomandate

-calculul tensiunii tangentiale τ=G∙θ ∙ r (166)

θ=M t

G ∙ I p

(16 7)

Unde G este modulul de elasticitate transversal al materialului din care se confectioneaza PFPentru otel G= 81010 Paθ- torsiunea specificar- raza punctului considerat din sectiunea transversala a corpului PF

θ= 5003∙ 103 Nm8 ∙ 1010 N m2 ∙ 0956∙ 10minus5m4 =653 ∙ 10minus2 1

m

τ=8 ∙1010 N

m2∙ 653 ∙ 10minus2 mminus1∙ 5785∙ 10minus2m=29855106

N

m2

Aceasta tensiune reprezinta tensiunea tangentiala de curgere

Lungimea ansamblului superior utilizat pentru forajul putului de exploatare se determina cu

expresia

LAn S=H MminusLAn PG (168) LAn S=3500 mminus162 m=3338 m

Se calculeaza numarul de PF

nPF=

LAn S

lPF (169)Considerand ca lungimea unei prajini este cea normala adica 9m se obtine

nPF=3338

9=37088

Se alege nPF=371 si se recalculeaza lungimea AnS

LAnS=371∙9m=3339 m

27

17Alegerea 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

garnitura stanga) [1]

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 masa rotativă 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 (658 REG) in timpul forajului după tubarea unei coloane de burlane prăjina

de antrenare trebuie uneori schimbată ndash diametrul cepului 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 de lucru 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 [1]

28

Fig 171 Prăjina de antrenare forjată a ndash pătrată b ndash hexagonală

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

Alegerea 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-cep

Se prefera alegerea unei prajini de antrenare forjate deoarece nu necesita reductii de legatura

proprii asa cum este cazul prajinii laminate

29

Fig172 Reducţii de legătură icircntre prăjina de antrenare (PA) şi racordul special (RS) denumite RLRS a ndash

reducţie dreaptă (pentru icircmbinări filetate cu aceleaşi dimensiuni) b ndash reducţie icircn trepte (pentru icircmbinări filetate cu

dimensiuni diferite)

Se alege o prajina de antrenare forjata patrata avand elementul de imbinare superioara de

tipul mufa cu filet stanga de tipul 658 REG pentru asamblarea cu reductie cap hidraulic(RLCH)

Pentru ansamblul superior al garniturii de foraj s-a stabilit ca se iau prajini de foraj de 4 12 in cu

racorduri speciale sudare(RSS) cu IEI si tipodimensiunea IFU NC 46

Ca urmare conform tabelului 1 aplicatia 7 se alege prajina de antrenare in varianta

constructiva 1(standard) cu dimensiunea nominala de 4 frac14 in Se foloseste o RLPA dreapta de

tipul mufa(NC46)-cep(NC46) ca in figura 172 a

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 infDPA

mm(in)DPAi mm

a mm

lPA m

mPAkg

1cep

6 58 REGmufăNC46

mufă6 58

REG

cepNC46

A (dreapta) NC46-NC46

108(4 14)

714 108 12192 800

30

18 Alegerea tipului de instalatie de foraj

Instalaţia de foraj reprezintă totalitatea maşinilor utilajelor si instalaţiilor necesare săpării unei sonde

Studiul pe sisteme al instalaţiilor de foraj corespunde principalelor operaţii care se efectuează

pentru forarea unei sonde precum si principalelor grupe de maşini si utilaje care intra in

componenta acestor instalaţii

Sistemele de lucru ale unei instalaţii de foraj sunt

1 Sistemul de manevra mdash SM- cu ajutorul căruia se realizează ridicarea si coboracircrea

sarcinilor

2 Sistemul de circulaţie - SC - care asigura circulaţia fluidului de foraj

3 Sistemul de rotire - SR - care realizează rotirea garniturii de prăjini in timpul forajului

In cazul instalaţiilor de foraj transportabile apare si sistemul de transport

Pentru asigurarea condiţiilor de funcţionare a sistemelor de lucru instalaţia de foraj mai

cuprinde sistemul de comenzi instalaţia de preparare si curăţare a fluidului de foraj dispozitive

de mecanizare si automatizare ansamblul de scule materialul tubular [1]

Alegerea instalaţiei de foraj se face pe baza sarcinii maxime utile (sarcinii maxime de lucru) FM (V APLICATIA 9)

In aplicatiile anterioare s-au determinat greutatile fiecarei coloane de burlane si anume

GCI(I)= 1413516 kN GCE= 722187kN

Rezulta ca cea mai grea CB GCBM=max GCI(I) GCE=1413516 kN

S-au ales pentru forajul putului de exploatare prajini grele cu DPG=6 in=1524 mm

DPGi=2 1316 in= 715 mm m1PG = 1115 kgm qPG=1094kNm LAnPG=135 m

Se determina greutatea AnPG

GAn PG=qPGsdotL An PG

(181)

si se obtine

GAnPG=1094kNm135m=14769kN

Greutatea unitara a PFse calculeaza folosind formula

qPF=m1 PFsdotg (182)

qPF=33kgm

sdot9 81m

s2=323 73

Nm

31

Greutatea AnS va fi

GAn S=qPFsdotLAn S (183)

GAn S=323 73Nm

sdot3 339sdot103 m=1080 934kN

Greutatea GarF se obtine insumand greutatea AnPG si greutatea AnS

GGar F=GAn PG+GAn S (184)

Se obtine

GGar F=147 69 kN+1080 934 kN=1228 624 kN

Se considera ca cea mai grea GarF este garnitura utilizata pentru forajul putului de exploatare

GGar F M=1228 624 kN

Alegerea IF se face pe baza sarcinii nominale de la carlig si a tipului de actionare

FM =max FM T FM D (185)

Sarcina maxima utila de tubare se calculeaza cu formula[1]

FM T

=GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+(1+kmf( M ) )sdot

ac

( M )

g ] (186)

in care

k r(M )estecoeficientul fortei de frecare la ridicarea coloanei de burlane intre peretele putului si

fluidul de foraj k mf(M )minusiquestcoeficientul de masa al fluidului de foraj din interiorul coloanei aderent la

coloana ac(M )- acceleratia miscarii carligului in cazul ridicarii sarcinii normale

kDij- coeficientul diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

ρ0 ndashdensitatea otelului din care sunt confectionate burlanele

ρf -densitatea fluidului de foraj

Coloana fiind considerată plină cu fluid de foraj cu aceeaşi măsură a densităţii ca şi aceea

din interiorul puţului forat coeficientul k mf(M ) se determină cu formula [1]

k m f=ρf

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1] (187)

unde DCB este diametrul nominal al CB GCBM ndash greutatea celei mai grele coloane de burlane Sfa- grosimea startului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al coloanei de burlane

32

LCB ndash lungimea CB lj ndash lungimea tronsonului de ordinul j kDij ndash coef diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

K Dij=Dibj

DCB

(188)

Pentru CI(I) de 858in vom avea

DCI(I)=858in= 2191 mmntCI(I)=6

sB jisin 10 16 10 16 8 94 10 16 10 16 11 43 mmDi B jisin 198 8 198 8 2012 198 8198 8 196 8 mm

k Di jisin 0 907 0 907 0 918 0 907 0 907 0 898 l jisin 255 325 460 520 395 705 m

LCI(I)=HCI(I)=2660m

=125tm3

sf a=0 653 mm grosimea stratului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al CB

iquestsumj=1

6

(1minusk Di j2 )sdotl j=

(1-09072)sdot255+(1minus09072 )sdot325+(1-09182 )sdot460+ (1minus09072 )sdot52 0++ (1-09072)sdot39 5+(1minus0 8982)sdot705=473 972 m

Se admite

k r(M )=02

si ac

(lt M )=1 ms2 Se obţine

Sarcina maxima utila la tubare

FM T =1413 516 kN sdot[(1minus1 25 t m3

7 85 t m3 )sdot(1+02 )+ (1+0 745 )sdot 19 81 ]=1677 556 kN

Sarcina maxima utila de degajare a celei mai grele garnituri de foraj se determina cu relatia[1]

FM D =GGar F Msdot(1minus ρ f

ρo)+FD M

FD M este forta de degajare maxima FD M =300kN

33

k m f(M )=

ρ f

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

5

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1]=

Măsura lui FDM se apreciază icircn funcţie de măsura lui HM conform tabelului 1 aplicatia 9

FM D =1228 624 kNsdot(1minus1 25 t m3

7 85 t m3)+300 kN=1332 983

kN

Conform rezultatelor de mai sus se obtineFM

=max 1677 556 1332983 kN=1677 556 kN 9 81≃171 0047 tf

Ca urmare se poate alege o IF transportabilă pe cale terestră pe subansamble (SAn) din clasa F 200 (vezi [1])

Tipul acţionării se alege icircn funcţie de posibilitatea de alimentare cu energie electrică a IF icircn

zona de amplasare de instalaţiile aflate icircn dotarea firmei de foraj şi de costul comparativ al

combustibilului şi al energiei electrice din perioada cacircnd o să lucreze instalaţia icircn situaţia icircn care

firma dispune de instalaţii cu acţionări neautonome sau autonome

Se admite că situaţia din zona de amplasament a IF impune o acţionare de tipul DH Avacircnd

icircn vedere acest lucru rezultă că se poate alege o IF de tipul

F-200-2DH (T(SAn))

19 Concluzii

Pe baza datelor luate din materialul didactic si standardele nationale cat si internationale s-a

facut un calcul teoretic de alegere al instalatiei de foraj Luand in consideratie ca mediul real poate

aduce un aport negativ asupra calculelor teoretice in rezultatele prezentate mai sus s-au luat niste

coeficienti de siguranta care sa acopere riscurile posibile totodata s-a constatat ca desi pentru

Sonda 7 Pacurari este necesara o instalatie mai mica decat cea aleasa am fost nevoit sa aleg anume

F200-2DH deoarece conditiile tehnico-economice presupun utilizarea tipului utilajului folosit deja

in industria petroliera si standardizat conform normelor STAS si API

2 PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

21 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

34

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

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 arborele 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 [1]

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 MBM 820 cu supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului DH de tipul GF-820+CHC-750-2 sunt

prezentate icircn fig 21 Se analizează dependenţele funcţionale reprezentate de aceste curbe (vezi

aplicatia 13)

35

Fig 2 1 Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului de acţionare de tipul DHformat din GF 820 şi CHC-750-2 pentru reglarea motorului diesel la sarcină plină

şi funcţionarea lui cu gradul maxim de accelerare (la care puterea maximă amotorului este puterea nominală Pn) şi funcţionarea lui cu gradul maxim deaccelerare MI MII ndash momentul dezvoltat la arborele primar (I) respectiv laarborele secundar (II) al CHC ωI ωII ndash viteza unghiulară PI PII ndash puterea

ηCHC ndash randamentul CHC

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (210)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (211)

Tabel 311 Parametrii functionali ai grupului de actionare GF-820 + CHC-750-2

36

Fig 211 Curba caracteristica exterioara a CHC este o caracteristica flexibila cresterea momentului rezistent este

preluata de CHC prin reducerea importanta a vitezei unghiulare a arborelui secundar

Din aceste grafice se deduce ca pentru ηm= 07 DEF al CHC-750-2 reprezentat prin ηCH ϵ

[0700 0847] nII ϵ [275 950] rotmin MII ϵ [14730 4000] kNm

Din datele obinute rezulta avantajele utilizarii CHC in cadrul GA de tipul DH

1 CHC lucreaza ca un variator continuu de viteza adica ωII se modifica automat si continuu odata cu variatia momentului rezistent aplicat arborelui secundar astfel se spune ca CHC isi regleaza regimul de functionare deci CHC permite o autoadaptare a GA la sarcina

2 Utilizarea CHC simplifica lantul cinematic al IF37

3 CHC protejeaza motorul Diesel impotriva suprasarcinilor si a socurilor transmise de la antorul sistemului de lucruinclusive in situatia blocarii secundarului

Fig 212 Curbele caracteristice pentru sarcina plina ale motorului MBM-820 si curba puterii in functie de sarcina plina a aceluiasi motor

22 Alegerea modului de acţionare

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

38

Instalaţiie 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[1]

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

39

Fig 221 Schema structural-functionala a unei instalatii de foraj cu mod de actionare centralizatin varianta MAC2 cu

actionare DH

S-a ales varianta MAC2 in care PN este actionata separat formand impreuna cu GA si transmisiile mecanice respective un grup motopompa (GMP) dupa cum TA este DH vezi 1[1])

23 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

1 pompe centrifuge pentru hidrocicloane2 site vibratoare 3 agitatoare4 pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de foraj5 pompe centrifuge pentru apa6 pompe centrifuge pentru chimicale7 pompe pentru reziduuri8 pompe pentru combustibil9 comanda hidraulica a prevenitoarelor10 instalaţie pentru uscarea aerului11 agregate pentru icircncălzire12 maşini-unelte13 agregat pentru sudura

40

14 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

Tabel 231 Consumatorii auxiliari de forta utilizati in cadrul IF de tipul F200-2DH si puterea lor

NrCrt

Denumirea consumatorilor Puterea motorului

kW

NrmotoarePuterea totala

kW

A Instalatia de foraj propriu-zisa

1 Site virbatoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 10 75

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa racire troliu 75 1 75

5 Pompa apa racire frina hidraulica 75 1 75

6 Pompe instalatie amestec chimicale 3 2 6

7 Pompe combustibil 3 2 6

8 Pompe ulei 15 1 15

9 Pompe de preparare a fluidului de foraj 75 2 150

10 Pompa baterie denisipare 55 1 55

11 Pompa baterie desmiluire 50 1 50

12 Instalatie degazeificare 5 1 5

13 Degazeificator 30 1 30

14 Instalatie de preparare centrifuga 20 3 60

15 Instalatie transport material pulverulent 4 1 4

16 Dispozitiv salvare garnitura 20 1 20

17 Dispozitiv strins-slabit 11 1 11

18 Dispozitiv manevra prajini grele 75 1 75

19 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

20 Pod tubaj reglabil 75 1 75

21 Instalatie comanda prevenitoare 11 1 11

41

22 Instalatie de uscare aer 15 1 15

23 Instalatie iluminat normal 18 1 18

24 Instalatie iluminat siguranta 08 1 08

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

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

PCsAF = 5928 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

24 Calculul puterii instalate

Puterea instalata a IF (Prsquo) reprezinta puterea motoarelor utilizate pentru actionarea

antoarelor principale a celor auxiliare si pentru actionarea celorlalte utilaje si instalatii folosite

pentru executarea diverselor operatii auxiliare

Prsquo = P + PCsAF (241)

P = n Pn (242)

Pn-Puterea nominala a motorului MB820 Pn= 655 kW

n-numarul de motoare folosite

P = (2+2) ∙ PnP = (2 + 2) 655kW = 2620 kW

Prsquo= 2620 kW + 5928 kW = 32128 kW

25 ConcluziiIn capitolul 2 s-au ales grupurile de actionare Alegerea s-a facut pe baza analizei

parametrilor motoarelor si caracteristicile acestora s-a evidentiat modul de utilizare al acestor

grupuri de actionare astfel incat sa fie satisfacute conditiile de tehnologicitate si economicitate

Acest lucru s-a facut pentru a obtine niste parametri de lucru cat se poate eficienti si economici

deoarece in cazul neindeplinirii uneia din conditii se pot intampla atat stagnari ale procesului

normal de foraj (uneori poate chiar si cu consecinte catastrofale) cat si pierderi financiare mari

42

3 ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ SI PREZENTAREA PARAMETRILOR SI CARACTERISTICILOR LOR

31Alegerea capului hidraulic

Fig31 Secţiune prin CH (reprezentare schematică (a) şi reprezentare constructivă (b))1 ndash corp (oală) 2 ndash bolţ 3 ndash toartă (biglu) 4 10 ndash rulment cu role cilindrice (de ghidare) 5 11 ndash garnituri de

etanşare 6 ndash rulment axial principal cu role conice 7 ndash fus 8 ndash reducţie 9 ndash rulment axial secundar cu bile 12 ndash felinar (capac) 13 ndash lulea 14 ndash piuliţă inferioară 15 ndash ţeavă de spălare 16 ndash cutie de etanşare 17 ndash etanşarea icircntre

partea superioară a ţevii de spălare şi lulea 18 ndash piuliţă superioară 19 ndash şuruburi de fixare

Capul hidraulic [1] (CH) este un utilaj care face parte din ansamblul de antrenare a GarF

El reprezinta nodul de legatura intre cele trei echipamente principale (EqPr) ale IF echipamentul

de circulatie (EqC) echipamentul de rotatie (EqR) si de manevra (EqM)

CH este suspendat in ciocul cirligului triplex cu ajutorul toartei sale La randul sau CH sustine

garnitura de foraj prin intermediul reductiei de legatura si al prajinii de antrenare De luleaua CH

se monteaza furtunul de noroi

43

Ca urmare functiunile CH sunt

1 Sustinerea GarF in timpul forajului

2 Permiterea rotatiei GarF

3 Conducerea fluidului de forajsub presiunede la FN la PA prin lulea teava de spalare

fus si RLCHin cazul circulatiei directe

Marimile fizice principale ale CH1 marimile functionale

- sarcina de lucru maxima

- turatia maxima a fusului

- presiunea maxima a fluidului de foraj

2 marimile dimensional-constructive

- diametrul interior al tevii de spalare

- tipo-dimensiulnile de legatura

3 marimile de anduranta

- sarcina limitacapacitatea in functie de rulmentul principal

- durabilitatea rulmentului principal

- durabilitatea etansarii tevii de spalare

Fig 31 Capul hidraulic (CH) montat icircn ciocul cacircrligului icircn timpul forajului

Alegerea capului hidraulic se face pe baza sarcinii maxime de lucru (FCH M

) si trebuie sa echipeze instalatia de foraj F200-2DH [1]

44

FCH M

geF M

(31)

FM =200 tf

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

(32)

Capetele hidraulice construite icircn Romacircnia sunt tipizate conform SR 5736 [66] care este

elaborat icircn concordanţă cu API Spec 8A [67] şi API Spec 8C [68]

Din tab 62 Cap 6 6 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH ndash 320 (ndash40degC) SR 5736

necesar instalaţiei de foraj alese F200

CHndash320 (ndash40degC) SR 5736 este un cap hidraulic echipat cu rulment axial-oscilant cu role

butoi cu sarcina maximă de lucru de 320tf care lucrează icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash

40degC

Conform SR 5736 acest tip de CH se caracterizează şi prin

Sarcina limită sau capacitatea maximă icircn funcţie de rulmentul principal FRLCH=147tf

pM = 35MPa nM = 300 rotmin di = 762 mm LP 4 (filetul de legătură al lulelei cu FF) 6⅝

REG LH (filetul de legătură cu RLCH)

32Alegerea ansamblului macara carlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 32 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]

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia [1]

FMC ge FCM (321)

Din tab32 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32-1250 MC -300 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii

45

Tabel 31 Caracteristicile Ansamblului Macara-Carlig

Tabelul 32 Tipurile de macarale-cacircrlig construite icircn Romacircnia şi caracteristicile lor (cf [69])

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (32)

GMC =8610t middot 981 ms2 = 84464 kN

46

UnMas F200Denumire 5-32MC-300

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300

Nr Roti manevra - 5

Diam cablului mm 32

Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140

Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in f-ie de rulmenti US tonf 347

Masa t 8610

Fig 32 Construcţia ansamblului-cacircrlig mono-bloc 1 ndash cacircrlig triplex 2 ndash bolţ 3 ndash pahar şi rulment axial 4 ndash tijă 5ndash piston 6 ndash arcuri de destindere 7 ndash piesă de legătură icircntre ansamblul cacircrligului şi macara 8 ndash axul macaralei 9 ndash role 10 ndash rulmenţii macaralei 11 ndash plăci laterale

33Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul de foraj reprezinta partea fixa a masinii macara-geamblac Se monteaza in

grupul mastului pe grinzi numite coroana geamblacului Este format dintr-un ax pe care se

monteaza un anumit numar de role (z+1) prin intermediul unor rulmenti Fiecare rola se misca

independent de celelalte (z-numarul de role de la macara) [1]

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

-geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţie romacircnească Avantajul acestui tip

constructiv este acela că este o construcţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

- 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

47

c geamblacul de foraj din două blocuri

- geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se pot roti şi interschimba asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

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

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

a geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

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

b geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

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 ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia [1]

Fig 331 Geamblac cu o roata separata

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 332

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

Alegerea geamblacului de foraj se face in functie de sarcina de lucru maxima de diametrul cablului utilizat de tipul cablului de manevra de tipul macaralei respectiv de tipul ansamblului macara-carlig

48

Pentru instalatia F200-2DH se alege unul din geamblacurile tipizate care sa indeplineasca cerintele impuse

Fig 33 2Geamblac monobloc 1 ndash suport (prin care GF se montează prin şuruburi de coroană ramă) 2ndash ax 3 ndash rolă roată 4 ndash rulment radial-axial cu role conice pe două racircnduri 5 ndash disc distanţier 6 ndash bucşă distanţieră 7 ndash ungător cu bilă (folosit pentru ungerea consistentă a rulmenţilor) (canalele de ungere sunt practicate icircn plan orizontal) 8 ndash placă de presare 9 ndash apărătoare

Pentru instalatia de foraj F 200 se va folosi un geamblac A 6 -32-1250GF-300 (-400C)(vezi [1] cap 54 tab56)adica geamblac de foraj cu 6 roţi role pe ax cu diametrul cablului de manevră de 32 mm

diametrul exterior al rolei de 1250 mm sarcina maximă de lucru 300tfşi temperatura de lucru de ndash

40degC Din tabelul 56 Cap 5 [1]se observă că acest tip de geamblac face parte din clasa

echipamentului (de manevră) 450

Tabel 33 Caracteristicile GeamblaculuiUnMas

Denumire 6-32GF-300Sarcina maxima la coroana geamblacului tf 400

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300Nr Roti manevra - 6

Diam cablului mm 32Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in functie de rulmenti US tonf 416Masa t 28

49

34Alegerea elevatorului 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

Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane de tubare (B-ElPCB) (bdquocasing slip

elevator-spiderrdquo icircn lb en) este o sculă de manevră care se foloseşte icircn timpul tubării puţurilor

atacirct pentru susţinerea coloanei de burlane (CB) ca broască cu pene aşezată pe masa rotativă

(MR) cacirct şi pentru săltarea din penele broaştei şi introducerea coloanei icircn puţ ca elevator (cu

pene) Deci aceste scule se folosesc icircn pereche icircn timpul tubării puţurilor una aşezată pe MR

susţine CB prin icircmpănare icircndeplinind funcţia de broască cu pene (vezi fig 341) iar cealaltă

care este susţinută icircn chiolbaşi avacircnd rolul de elevator (cu pene) se prinde tot prin icircmpănare pe

burlanul care s-a adăugat prin icircnşurubare la coloană saltă CB din broasca cu pene şi o susţine icircn

timpul introducerii ei icircn sondă (vezi fig 342)

Fig 342 Tragerea burlanului pe jilip cu ajutorul unui elevator de tras burlane pentru a fi icircnşurubat icircn

coloana susţinută icircn broasca cu pene

50

Fig 343 Varianta de elevator (cu pene) (cu inel ridicător) a broaştei-elevator cu pene cu două semicorpuri care este susţinută icircn ochiurile inferioare ale chiolbaşilor (11) icircn timpul introducerii coloanei de burlane (12) icircn puţul care se tubează 1 ndash corp carcasă 2 ndash umăr 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă de siguranţă 5 ndash corp de pană 6 ndash bacuri 7 ndash pacirclnie de ghidare 8 ndash cadru ridicător 9 ndash icircmpingătoare 10 ndash mecanism cu pacircrghii de ridicare

Din punct de vedere funcţional se deosebesc tipurile bull broască cu pene (BP) bull elevator cu pene (ElP)

Fig344 Broasca-elevator cu pene

51

In figura 344 este reprezentata Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane (broasca cu pene icircn partea de sus stanga elevatorul cu pene icircn partea dreapta şi vedere de sus a elevatorului cu pene icircn partea de jos) 1ndash corp 2ndash umăr braţ superior 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă (siguranţă pentru chiolbaşi) 5 ndash poartă uşă 6 ndash pene 7 ndash bacuri 8 ndash placă de sprijin (pe masa rotativă) 9 ndash guler de protecţie şi ghidare 10 ndash pacirclnie de ghidare HB ndash icircnălţimea broaştei cu pene HE ndash icircnălţimea elevatorului cu pene l ndash lăţimea broaştei-elevator

Alegerea elevatorului cu pene se face din conditiile urmatoare

FPgtFCBM

(341)

unde

FPleFBminusEl PCB

(342)

Studiind oferta companiei STEROM SA Cacircmpina conform ([1] cap 8 tab88) se alege un elevator cu pene de tipul

B-ElPCB 4frac12 ndash 13⅜ in x 350 ts (9⅝ x 275 ts x 8⅝) (ndash 45ordmC)

icircnseamnă broască-elevator destinată utilizării pentru burlane cu diametrul nominal cuprins

icircntre 4frac12 in şi 13⅜ in (inclusiv) cu sarcina nominală (sarcina maximă de lucru) de 350 ts (320tf)

echipată cu pene set de pene de 958 in cu sarcina nominală (maximă de lucru) de 275 ts (250 tf)

icircn care sunt montate bacuri de 858 in adică această broască-elevator este echipată pentru susţinerea

unei CB de 858 care determină icircn timpul manevrei ei o sarcină maximă la cacircrlig de cel mult 275ts

(250 tf) Ea este executată să lucreze icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash 45 ordmC

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

21t∙981ms2 =20601kN

35 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatorul pentru prăjini de foraj (ElPF) (bdquodrill pipe elevatorrdquo icircn lb en) este o sculă de

manevră care se foloseşte pentru susţinerea garniturii de foraj (GarF) icircn timpul extragerii şi

introducerii ei icircn sondă El prinde sub mufa PF şi este agăţat prin umerii săi icircn ochiurile

inferioare ale chiolbaşilor

ElPF se compune din

52

ndash două corpuri articulate care se icircnchid pe PF prevăzute cu cacircte un umăr cu care se suspendă icircn

ochiurile inferioare (mici) ale chiolbaşilor

ndash icircnchizatorul celor două corpuri

ndash eclise cu bolţuri prinse icircn umeri pentru asigurarea contra ieşirii chiolbaşilor

Elevatoarele se deosebesc prin forma lor modul de icircnchidere a celor două corpuri şi forma

suprafeţei de rezemare a prăjinilor

Din punctul de vedere al icircnchiderii se diferenţiază

ndash ElPF cu icircnchidere centrală (ElPFIcircC)

ndash ElPF cu icircnchidere laterală (ElPFIcircL)

După forma suprafeţei de sprijin al PF se disting

ndash ElPF cu scaun drept (ELPFSD) deci cu suprafaţă de rezemare dreaptă folosite pentru

manevrarea prăjinilor de foraj cu racorduri speciale sudate cu umăr drept (RSSUD) sau cu

racorduri icircnfiletate [1]

Fig 351 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun conic

ndash ElPF cu scaun conic (ElPFSC) care dispun de o suprafaţă de rezemare interioară tronconică cu unghiul de icircnchidere standardizat de 18deg ca şi mufele racordurilor speciale sudate cu umăr conic (RSSUC)

53

Fig 352 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun dreptElevatoarele sunt tipizate prescripţiile generale fiind prevăzute de API Spec 8A [85] şi

Spec 8C [86] Icircn fig 88 este reprezentat un ElPF cu scaun conic iar icircn fig 89 un ElPF cu scaun

drept

In figura 34 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic

Fig 34 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Alegerea elevatorului pentru prajini se face in functie de tipul prajinilor de foraj

1 Daca prajinile sunt cu recorduri speciale infiletate atunci cu scaun drept

2 Daca prajinile sunt cu racorduri speciale sudate atunci cu scaun conic

La alegerea elevatorului trebuie indeplinita conditia

FElgtFGar FMn

(sarcina normala utila de la carlig) (351)

icircn care FGar FM

este sarcina maximă care apare icircn timpul manevrării garniturii pacircnă la adacircncimea

maximă de foraj a puţului respectiv

54

Pentru că prăjinile de foraj sunt cu RSSUC si FGar FM

=122863kN conform tabelului 85

[1] cap 8 se alege un elevator cu scaun conic cu urmatoarea nominalizare

Elevator cu scaun conic 4frac12 x 1214 x 250 adica

elevator cu scaun conic cu dimensiunea nominală de 4frac12 ( pentru prăjini de foraj cu

RSSUC cu diametrul nominal de 4frac12 DPF = 4frac12) cu diametrul interior de 1214 mm (ceea ce

icircnseamnă că se utilizează pentru prăjini cu capetele fie cu II fie cu IEI (conform tabelului 85 cap

8) şi cu sarcina maximă de lucru de 250 tf cu masa mEl=1828kg conform NR 05-1018R STEROM

SA

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

ELpF= mEl middot g (253)

GEl = 1828 kg middot 981 ms2 = 18 kN

36Alegerea chiolbasilor

Chiolbaşii (Ch) (bdquothe drilling linksrdquo bdquoelevator linksrdquo icircn lb en) denumiţi şi bdquobraţele de

elevatorrdquo sunt scule de foraj care fac legătura icircntre cacircrlig şi elevator fiind utilizaţi icircn timpul

manevrei garniturii de foraj (GarF) şi coloanelor de burlane (CB)

Ei se agaţă cu ochiurile superioare de umerii cacircrligului şi susţin cu ochiurile lor inferioare

elevatorul prin umerii acestuia (vezi fig 361) Astfel sarcina datorată GarF sau CB este

preluată prin intermediul elevatorului de către Ch care o transmit cacircrligului [1]

55

Fig 361 Ansamblul format din macara-cacircrlig chiolbaşi şi elevator icircncare este susţinută garnitura de foraj icircn timpul manevrei acesteia

Din punct de vedere al sarcinii de lucru exista 3 tipuri de chiolbasi

1 Usor (sarcini mici)

2 Mediu (sarcini medii)

3 Greu (sarcini mari)

Tipul usor are forma de za alungita iar cel mediu si greu ndash de bara prevazuta la ambele capete cu

ochiuri

Chiolbasii se executa prin forjare in matrita dintr-o singura bucata de otel slab aliat de

constructii pentru a se asigura o rezistenta mare atat prin fibrajul obtinut prin procedeul tehnologic

respective cat si prin compozitie si prin TT folosit

Fig 362 Diferite tipuri de chiolbaşi

Alegerea chiolbasilor se face in functie de sarcina de lucru si de lungimea nominala

Fig 363 Tipurile de chiolbaşi şi dimensiunile lor principale a ndash chiolbaş de tipul uşor b ndash chiolbaş de tipul mediu c ndash chiolbaş de tipul greu C2 ndash raza de curbură interioară a ochiului superior G1 ndash raza de curbură interioară a ochiului

56

inferior D2 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului superior cu umărul cacircrligului H1 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului inferior cu umărul elevatorului d d1 ndash diametrul barei L ndash lungimea de lucru (dintre

punctele de sprijin pe umărul cacircrligului şi pe umărul elevatorului)

Conform normelor prevazute pentru F200-2DH se aleg chiolbasi de tip greu serie Chiolbaşi 69 x 2100 x 320

Gama de sarcini Fch = 320 tf perDimensiuni principale- d1 = 85 mm- C2 = 108 mm

- G1 =70 mm- D2 = 34 mm - H1 = 345 mm- Lungimea totala Lch = 2100 mm- Masa netă informativă mch = 247 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (36)

GCh = 247 kg middot 981 ms2 = 243 kN

37Alegerea cablului de manevra

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

1 la manevră cablul de manevră sau de foraj

2 la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcărit

3 la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancoră

4 pentru rabaterea turlei cablul de praştie

5 la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electrici

Cablurile 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

57

1 de acelaşi diametru 5 la fire2 de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 371)

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

Fig 371 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

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

1 organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)

2 metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)

3 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 ]

58

Fig 372 Cablarea a ndash icircnfăşurarea spre dreapta b ndash icircnfăşurarea spre stacircngac ndash cablarea icircn cruce stacircnga (ZS) d ndash cablarea icircn cruce dreapta (SZ)e ndash cablarea paralelă dreapta (ZZ) f ndash cablarea paralelă stacircnga (SS)

Alegerea cablului se face pe baza sarcinii sale reale minime de rupere (Srm) astfel icircncacirct să fie satisfăcută condiţia de rezistenţă (vezi [1])

Srm gecM middot FM (37)

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

CM - coeficientul de siguranţă pentru operatiile de tubare si instrumentatie care se accepta egal cu

valoarea 2 conform API Spec9B iar FM ste forta maxima din RA a infasurarii cablului Ea se

determina cu expresia[1]

(372)

in care FM este forta totala care actioneaza asupra ramurilor din cablu z ndash nr de role de la macaraηMminusG - randamentul masinii macara-geamblac la ridicareRandamentul masinii macara-geamblac la ridicare se obtine cu relatia (cf[1])

ηMminusG=β2 ∙Zminus1

2 ∙ Z ∙ β2 ∙Z ∙ ( βminus1 ) (373)

unde β este inversul randamentului unei role

β= 1ηRo

(374)

pentru care se admite valoarea β =104 conform API iar ηRo =096 (API) randament role

59

FM=FM

2sdotzsdotηM minusG

Conform tipului de ansamblu MC ales z =5 Atunci rezultă

ηMminusG =

1 04225minus12sdot5sdot1 042sdot5 (1 04minus1 )

=0 811

Forţa F M se calculează cu expresia (conform [1])

FM =F M +GoTsdot(1+

ac(M )

g )

(375)

unde FM

este sarcina maxima utila la carlig GoT - greutatea moarta la tubare g- acceleratia

gravitationala g= 981 ms2 ac(M )

- acceleratia miscarii carligului are valori cuprinse in domeniul

[0515]∙ ms2

Greutatea moartă la tubare se determină ţinacircnd cont de greutatea elementelor ansamblului

MC a chiolbaşilor (Ch) a elevatorului cu pene (ElP) şi a ramurilor de cablu dintre macara şi

geamblac

GoT =

GMC+G ch+GEl P+GCM

(376)

Deoarece la acest moment nu se cunoaşte tipodimensiunea cablului şi ca urmare masa sa unitară se face aproximaţia

GoT iquestGMC+G ch+GEl P (377)

rezulta

GOT=8446 kN+243kN+20601 kN=1075 kN

Ştiind tipul IF se determină

FM

=200tf= 200∙981 =1962kNSe accepta

ac(M )=1 m s2

si se obtine

FM =1962 kN+107 5 kNsdot(1+ 19 81 )=2080 46 kN

60

Se calculeaza

F =

2080 46 kN2sdot5sdot0 811

=256 531 kN

Se determină sarcina reală minimă de rupere necesară a cablului cu formula

Srmnec gecM middot FM (378)

c M=2 ( conform API) si rezulta

Srmnec =2∙256531kN=513062kN

Se alege un cablu Seale cu o măsură a lui Srm astfel icircncacirct să fie icircndeplinită condiţia următoare

Sr mgtSr m nec

(379)

Ca urmare din [1] tabelul 52 se constată că se poate alege

Cablu Seale 6x19-32-1570 SZ STAS1689-80

caracterizat prin

nT=6 nr toroane

n f=19=1+9+9 nr fire din fiecare torondc=32 mm diametrul nominalRm=1570 MPa rezistenta minima de rupere a sarmelorSr m=531 32 kN sarcina reala minima de rupered0=3 mm diametrul sarmelor centraled1=1 45 mm diametrul sarmelor intermediared2=26 mm diametrul sarmelor exterioarem1 C=3 89 kg m masa unitara

Tipul cablării cruce dreapta (SZ) adică sensul de icircnfăşurare a firelor icircn toron este spre stanga(S) iar sensul de icircnfăşurare a toroanelor icircn cablu este spre dreapta (Z)Sr m=531 32gtSr nec=513 062 kN

Deci conditiaSr mgtSr nec este satisfacuta

Se reia calculul pentru verificare

61

Trebuie sa recalculam FM tinand cont si de greutatea cablului GCM

GCM =2sdotzsdotlr CM(M ) sdotqc (3710)

qc - greutatea unitara a cabluluiqc =m1 Csdotg (3711)

qc =3 89 kg msdot9 81 m s2=38 161 N mlr CM(M ) =(15 m+lp )+sminuslb (3712)

lr CM(M )

=(15 m+27 m)+65 mminus9 m=26 m

in care s=65m ndash spatiu de siguranta lb=9m lungimea unui burlanlp=27m lungimea pasului

GCM=2sdot5sdot26 msdot38 161 N m=9 922 kN

GoT=107 5 kN+9 922kN=117 422kN

Pentru IF F200-2DH vom avea

F =

2091 413 kN2sdot5sdot0 811

=257 88 kN

c M=Sr m

F c M=531 32kN

257 88 kN=2 06gtc=2

Tabelul 375 Parametrii caracteristici ai cablurilor Seale 6 x 19 conform STAS 1689-80

38 Alegerea troliului de foraj

62

FN=200sdot9 81kN+117 442kN (1+ 19 81

)=2091 413kN

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

Fig 162 Racorduri speciale pentru sudare (RSS) la prăjini de foraj [2] varianta A (cu scaun conic) varianta B (cu scaun drept)

Normele API Spec 7 prevăd RS şi pentru PF confecţionate din oţeluri din clasele de rezistenţă

superioare X-95 G-105 şi S-135

RSS sunt prevăzute cu icircmbinări filetate cu umăr (IcircFU) standardizate icircn STAS 8351-80

Alegerea prăjinilor de foraj

A alege prăjinile de foraj (PF) icircnseamnă a stabili ndash tipul PF

ndash diametrul nominal (DPF) şi grosimea de perete (sPF)

ndash clasa (gradul) de rezistenţă ndash clasa de uzură

ndash intervalul de măsuri ale lungimii

Criteriile pe baza cărora se face alegerea PF sunt următoarele

1) rezistenţă maximă la solicitările statice şi variabile care se asigură prin alegerea

corespunzătoare a tipului de PF a clasei de rezistenţă şi a celei de uzură a PF a intervalului de

măsuri ale lungimii PF şi a unei măsuri a grosimii de perete cacirct mai mari

2) rezistenţă maximă la acţiunea mediului coroziv care impune alegerea corespunzătoare a oţelului

şi dacă este cazul alegerea PF cu acoperiri speciale anticorozive şi de asemenea a unei măsuri a

grosimii de perete cacirct mai mari

3) energie minimă consumată icircn timpul forajului care icircnseamnă

a) energie mecanică de rotaţie minimă care se asigură prin alegerea unor măsuri ale

diametrului nominal şi grosimii de perete cacirct mai mici 24

b) energie hidraulică minimă (consumată prin circulaţia fluidului de foraj)ceea ce

presupune o pierdere de presiune minimă la curgerea fluidului de foraj prin interiorul PF care

determină alegerea unei măsuri cacirct mai mici a grosimii de perete

4) energie minimă consumată icircn timpul manevrei GarF ceea ce presupune alegerea PF cu măsura

minimă a masei unitare

Diametrul nominal al PF reprezinta diametrul exterior al corpului PF DPF=DPFe (161)

Diametrul nominal al PF se determina in functie de Dsmasurile orientative fiind date in tabelul de mai jos

Ds mm 150170 150200 175225 200250 225300 gt250DPF mm(in) 889(3 frac12) 1016(4) 1143(4 frac12) 127(5) 1397(5 frac12) 1683(658)

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

Pentru diametrul sapei de foraj determinat icircn subcapitolul anterior Ds= 1715 mm = 634rdquo se alege diametrul nominal al prăjinii de foraj DPF =4 frac12rdquo = 1143 mm

Din STAS 8037 ndash 88 (vezi aplicatia 5 tabelul 1) se alege diametrul nominal standardizat 412rdquo E 75 cu urmatoarele caracteristici

- masa cu racorduri m1PF= 33 Kgm

- grosimea peretelui s= 1092 mm

- diametrul interior DPfi= 9246=925 mm

- aria prăjinii de foraj A= 3547 mm2

- modulul de rezistentă WP= 10583 cm3

- tipul icircngroşării EU

- gradul de rezistenta E 75

- presiunea exterioara limita pel= 894 bar= 894MPa

- presiunea interioara limita pil= 865 bar =865MPa

- forţa de tracţiune limita FtcL= 1834 kN

- momentul de torsiune limita MtLPF= 5003 kNm

- tipodimensiunea IFU a RSS NC46 (4IF)

Solicitari care duc la limita de curgere a RSS

- momentul de insurubare limita dpdv al curgerii materialului RSS

25

M i RS L=53 69 kNm

FtRSL = 4 664 kN (forţa de tracţiune limită dpdv al curgerii materialului RSS)

- momentul de insurubare recomandatM i r=27 3 kNm

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)

Se obtine

APF=π4sdot(114 32 mmminus92 462 mm)=3547 mm2

Se determina modulul de rezistenta polar al sectiunii transversale a corpului PF cu formula

W p=I p

DPF

2

(162)

unde I p este momentul geometric polar al sectiunii transversale a corpului PF

I p=π32

∙( DPF4 minusDPFi

4 )= π32

∙ DPF4 ∙[1minus( DPFi

DPF)

4] (163)

I p=π

32sdot114 34 mmsdot[1minus(925 mm

114 3 mm )4 ]=9569240 653 mm4=956 924 mm3

deci

W p=π

16sdotDPF

3 sdot[1minus( DPF i

DPF)

4]

(164)

Rezulta

W p=π

16sdot114 33sdot[1minus(92 5

114 3 )4]=167658 175 mm3

Calculul tensiunii de tractiune

σ tcl=F tcl

APF

(165)

26

σ tcl=1834 kN

3547 mm2 =1834 ∙ 103 N3547 mm2 =517056 ∙106 Pa

Aceasta tensiune arata limita de curgere minima conform tabelului cu caracteristicile

mecanice ale prajinilor de foraj pentru clasa de rezistenta E75 (vezi aplicatia 6) Limita de curgere

trebuie sa se situeze in intervalul 517hellip724 In cazul nostrum limita este 517 MPa care se

incadreaza intre valorile recomandate

-calculul tensiunii tangentiale τ=G∙θ ∙ r (166)

θ=M t

G ∙ I p

(16 7)

Unde G este modulul de elasticitate transversal al materialului din care se confectioneaza PFPentru otel G= 81010 Paθ- torsiunea specificar- raza punctului considerat din sectiunea transversala a corpului PF

θ= 5003∙ 103 Nm8 ∙ 1010 N m2 ∙ 0956∙ 10minus5m4 =653 ∙ 10minus2 1

m

τ=8 ∙1010 N

m2∙ 653 ∙ 10minus2 mminus1∙ 5785∙ 10minus2m=29855106

N

m2

Aceasta tensiune reprezinta tensiunea tangentiala de curgere

Lungimea ansamblului superior utilizat pentru forajul putului de exploatare se determina cu

expresia

LAn S=H MminusLAn PG (168) LAn S=3500 mminus162 m=3338 m

Se calculeaza numarul de PF

nPF=

LAn S

lPF (169)Considerand ca lungimea unei prajini este cea normala adica 9m se obtine

nPF=3338

9=37088

Se alege nPF=371 si se recalculeaza lungimea AnS

LAnS=371∙9m=3339 m

27

17Alegerea 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

garnitura stanga) [1]

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 masa rotativă 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 (658 REG) in timpul forajului după tubarea unei coloane de burlane prăjina

de antrenare trebuie uneori schimbată ndash diametrul cepului 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 de lucru 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 [1]

28

Fig 171 Prăjina de antrenare forjată a ndash pătrată b ndash hexagonală

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

Alegerea 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-cep

Se prefera alegerea unei prajini de antrenare forjate deoarece nu necesita reductii de legatura

proprii asa cum este cazul prajinii laminate

29

Fig172 Reducţii de legătură icircntre prăjina de antrenare (PA) şi racordul special (RS) denumite RLRS a ndash

reducţie dreaptă (pentru icircmbinări filetate cu aceleaşi dimensiuni) b ndash reducţie icircn trepte (pentru icircmbinări filetate cu

dimensiuni diferite)

Se alege o prajina de antrenare forjata patrata avand elementul de imbinare superioara de

tipul mufa cu filet stanga de tipul 658 REG pentru asamblarea cu reductie cap hidraulic(RLCH)

Pentru ansamblul superior al garniturii de foraj s-a stabilit ca se iau prajini de foraj de 4 12 in cu

racorduri speciale sudare(RSS) cu IEI si tipodimensiunea IFU NC 46

Ca urmare conform tabelului 1 aplicatia 7 se alege prajina de antrenare in varianta

constructiva 1(standard) cu dimensiunea nominala de 4 frac14 in Se foloseste o RLPA dreapta de

tipul mufa(NC46)-cep(NC46) ca in figura 172 a

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 infDPA

mm(in)DPAi mm

a mm

lPA m

mPAkg

1cep

6 58 REGmufăNC46

mufă6 58

REG

cepNC46

A (dreapta) NC46-NC46

108(4 14)

714 108 12192 800

30

18 Alegerea tipului de instalatie de foraj

Instalaţia de foraj reprezintă totalitatea maşinilor utilajelor si instalaţiilor necesare săpării unei sonde

Studiul pe sisteme al instalaţiilor de foraj corespunde principalelor operaţii care se efectuează

pentru forarea unei sonde precum si principalelor grupe de maşini si utilaje care intra in

componenta acestor instalaţii

Sistemele de lucru ale unei instalaţii de foraj sunt

1 Sistemul de manevra mdash SM- cu ajutorul căruia se realizează ridicarea si coboracircrea

sarcinilor

2 Sistemul de circulaţie - SC - care asigura circulaţia fluidului de foraj

3 Sistemul de rotire - SR - care realizează rotirea garniturii de prăjini in timpul forajului

In cazul instalaţiilor de foraj transportabile apare si sistemul de transport

Pentru asigurarea condiţiilor de funcţionare a sistemelor de lucru instalaţia de foraj mai

cuprinde sistemul de comenzi instalaţia de preparare si curăţare a fluidului de foraj dispozitive

de mecanizare si automatizare ansamblul de scule materialul tubular [1]

Alegerea instalaţiei de foraj se face pe baza sarcinii maxime utile (sarcinii maxime de lucru) FM (V APLICATIA 9)

In aplicatiile anterioare s-au determinat greutatile fiecarei coloane de burlane si anume

GCI(I)= 1413516 kN GCE= 722187kN

Rezulta ca cea mai grea CB GCBM=max GCI(I) GCE=1413516 kN

S-au ales pentru forajul putului de exploatare prajini grele cu DPG=6 in=1524 mm

DPGi=2 1316 in= 715 mm m1PG = 1115 kgm qPG=1094kNm LAnPG=135 m

Se determina greutatea AnPG

GAn PG=qPGsdotL An PG

(181)

si se obtine

GAnPG=1094kNm135m=14769kN

Greutatea unitara a PFse calculeaza folosind formula

qPF=m1 PFsdotg (182)

qPF=33kgm

sdot9 81m

s2=323 73

Nm

31

Greutatea AnS va fi

GAn S=qPFsdotLAn S (183)

GAn S=323 73Nm

sdot3 339sdot103 m=1080 934kN

Greutatea GarF se obtine insumand greutatea AnPG si greutatea AnS

GGar F=GAn PG+GAn S (184)

Se obtine

GGar F=147 69 kN+1080 934 kN=1228 624 kN

Se considera ca cea mai grea GarF este garnitura utilizata pentru forajul putului de exploatare

GGar F M=1228 624 kN

Alegerea IF se face pe baza sarcinii nominale de la carlig si a tipului de actionare

FM =max FM T FM D (185)

Sarcina maxima utila de tubare se calculeaza cu formula[1]

FM T

=GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+(1+kmf( M ) )sdot

ac

( M )

g ] (186)

in care

k r(M )estecoeficientul fortei de frecare la ridicarea coloanei de burlane intre peretele putului si

fluidul de foraj k mf(M )minusiquestcoeficientul de masa al fluidului de foraj din interiorul coloanei aderent la

coloana ac(M )- acceleratia miscarii carligului in cazul ridicarii sarcinii normale

kDij- coeficientul diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

ρ0 ndashdensitatea otelului din care sunt confectionate burlanele

ρf -densitatea fluidului de foraj

Coloana fiind considerată plină cu fluid de foraj cu aceeaşi măsură a densităţii ca şi aceea

din interiorul puţului forat coeficientul k mf(M ) se determină cu formula [1]

k m f=ρf

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1] (187)

unde DCB este diametrul nominal al CB GCBM ndash greutatea celei mai grele coloane de burlane Sfa- grosimea startului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al coloanei de burlane

32

LCB ndash lungimea CB lj ndash lungimea tronsonului de ordinul j kDij ndash coef diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

K Dij=Dibj

DCB

(188)

Pentru CI(I) de 858in vom avea

DCI(I)=858in= 2191 mmntCI(I)=6

sB jisin 10 16 10 16 8 94 10 16 10 16 11 43 mmDi B jisin 198 8 198 8 2012 198 8198 8 196 8 mm

k Di jisin 0 907 0 907 0 918 0 907 0 907 0 898 l jisin 255 325 460 520 395 705 m

LCI(I)=HCI(I)=2660m

=125tm3

sf a=0 653 mm grosimea stratului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al CB

iquestsumj=1

6

(1minusk Di j2 )sdotl j=

(1-09072)sdot255+(1minus09072 )sdot325+(1-09182 )sdot460+ (1minus09072 )sdot52 0++ (1-09072)sdot39 5+(1minus0 8982)sdot705=473 972 m

Se admite

k r(M )=02

si ac

(lt M )=1 ms2 Se obţine

Sarcina maxima utila la tubare

FM T =1413 516 kN sdot[(1minus1 25 t m3

7 85 t m3 )sdot(1+02 )+ (1+0 745 )sdot 19 81 ]=1677 556 kN

Sarcina maxima utila de degajare a celei mai grele garnituri de foraj se determina cu relatia[1]

FM D =GGar F Msdot(1minus ρ f

ρo)+FD M

FD M este forta de degajare maxima FD M =300kN

33

k m f(M )=

ρ f

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

5

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1]=

Măsura lui FDM se apreciază icircn funcţie de măsura lui HM conform tabelului 1 aplicatia 9

FM D =1228 624 kNsdot(1minus1 25 t m3

7 85 t m3)+300 kN=1332 983

kN

Conform rezultatelor de mai sus se obtineFM

=max 1677 556 1332983 kN=1677 556 kN 9 81≃171 0047 tf

Ca urmare se poate alege o IF transportabilă pe cale terestră pe subansamble (SAn) din clasa F 200 (vezi [1])

Tipul acţionării se alege icircn funcţie de posibilitatea de alimentare cu energie electrică a IF icircn

zona de amplasare de instalaţiile aflate icircn dotarea firmei de foraj şi de costul comparativ al

combustibilului şi al energiei electrice din perioada cacircnd o să lucreze instalaţia icircn situaţia icircn care

firma dispune de instalaţii cu acţionări neautonome sau autonome

Se admite că situaţia din zona de amplasament a IF impune o acţionare de tipul DH Avacircnd

icircn vedere acest lucru rezultă că se poate alege o IF de tipul

F-200-2DH (T(SAn))

19 Concluzii

Pe baza datelor luate din materialul didactic si standardele nationale cat si internationale s-a

facut un calcul teoretic de alegere al instalatiei de foraj Luand in consideratie ca mediul real poate

aduce un aport negativ asupra calculelor teoretice in rezultatele prezentate mai sus s-au luat niste

coeficienti de siguranta care sa acopere riscurile posibile totodata s-a constatat ca desi pentru

Sonda 7 Pacurari este necesara o instalatie mai mica decat cea aleasa am fost nevoit sa aleg anume

F200-2DH deoarece conditiile tehnico-economice presupun utilizarea tipului utilajului folosit deja

in industria petroliera si standardizat conform normelor STAS si API

2 PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

21 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

34

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

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 arborele 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 [1]

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 MBM 820 cu supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului DH de tipul GF-820+CHC-750-2 sunt

prezentate icircn fig 21 Se analizează dependenţele funcţionale reprezentate de aceste curbe (vezi

aplicatia 13)

35

Fig 2 1 Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului de acţionare de tipul DHformat din GF 820 şi CHC-750-2 pentru reglarea motorului diesel la sarcină plină

şi funcţionarea lui cu gradul maxim de accelerare (la care puterea maximă amotorului este puterea nominală Pn) şi funcţionarea lui cu gradul maxim deaccelerare MI MII ndash momentul dezvoltat la arborele primar (I) respectiv laarborele secundar (II) al CHC ωI ωII ndash viteza unghiulară PI PII ndash puterea

ηCHC ndash randamentul CHC

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (210)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (211)

Tabel 311 Parametrii functionali ai grupului de actionare GF-820 + CHC-750-2

36

Fig 211 Curba caracteristica exterioara a CHC este o caracteristica flexibila cresterea momentului rezistent este

preluata de CHC prin reducerea importanta a vitezei unghiulare a arborelui secundar

Din aceste grafice se deduce ca pentru ηm= 07 DEF al CHC-750-2 reprezentat prin ηCH ϵ

[0700 0847] nII ϵ [275 950] rotmin MII ϵ [14730 4000] kNm

Din datele obinute rezulta avantajele utilizarii CHC in cadrul GA de tipul DH

1 CHC lucreaza ca un variator continuu de viteza adica ωII se modifica automat si continuu odata cu variatia momentului rezistent aplicat arborelui secundar astfel se spune ca CHC isi regleaza regimul de functionare deci CHC permite o autoadaptare a GA la sarcina

2 Utilizarea CHC simplifica lantul cinematic al IF37

3 CHC protejeaza motorul Diesel impotriva suprasarcinilor si a socurilor transmise de la antorul sistemului de lucruinclusive in situatia blocarii secundarului

Fig 212 Curbele caracteristice pentru sarcina plina ale motorului MBM-820 si curba puterii in functie de sarcina plina a aceluiasi motor

22 Alegerea modului de acţionare

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

38

Instalaţiie 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[1]

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

39

Fig 221 Schema structural-functionala a unei instalatii de foraj cu mod de actionare centralizatin varianta MAC2 cu

actionare DH

S-a ales varianta MAC2 in care PN este actionata separat formand impreuna cu GA si transmisiile mecanice respective un grup motopompa (GMP) dupa cum TA este DH vezi 1[1])

23 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

1 pompe centrifuge pentru hidrocicloane2 site vibratoare 3 agitatoare4 pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de foraj5 pompe centrifuge pentru apa6 pompe centrifuge pentru chimicale7 pompe pentru reziduuri8 pompe pentru combustibil9 comanda hidraulica a prevenitoarelor10 instalaţie pentru uscarea aerului11 agregate pentru icircncălzire12 maşini-unelte13 agregat pentru sudura

40

14 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

Tabel 231 Consumatorii auxiliari de forta utilizati in cadrul IF de tipul F200-2DH si puterea lor

NrCrt

Denumirea consumatorilor Puterea motorului

kW

NrmotoarePuterea totala

kW

A Instalatia de foraj propriu-zisa

1 Site virbatoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 10 75

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa racire troliu 75 1 75

5 Pompa apa racire frina hidraulica 75 1 75

6 Pompe instalatie amestec chimicale 3 2 6

7 Pompe combustibil 3 2 6

8 Pompe ulei 15 1 15

9 Pompe de preparare a fluidului de foraj 75 2 150

10 Pompa baterie denisipare 55 1 55

11 Pompa baterie desmiluire 50 1 50

12 Instalatie degazeificare 5 1 5

13 Degazeificator 30 1 30

14 Instalatie de preparare centrifuga 20 3 60

15 Instalatie transport material pulverulent 4 1 4

16 Dispozitiv salvare garnitura 20 1 20

17 Dispozitiv strins-slabit 11 1 11

18 Dispozitiv manevra prajini grele 75 1 75

19 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

20 Pod tubaj reglabil 75 1 75

21 Instalatie comanda prevenitoare 11 1 11

41

22 Instalatie de uscare aer 15 1 15

23 Instalatie iluminat normal 18 1 18

24 Instalatie iluminat siguranta 08 1 08

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

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

PCsAF = 5928 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

24 Calculul puterii instalate

Puterea instalata a IF (Prsquo) reprezinta puterea motoarelor utilizate pentru actionarea

antoarelor principale a celor auxiliare si pentru actionarea celorlalte utilaje si instalatii folosite

pentru executarea diverselor operatii auxiliare

Prsquo = P + PCsAF (241)

P = n Pn (242)

Pn-Puterea nominala a motorului MB820 Pn= 655 kW

n-numarul de motoare folosite

P = (2+2) ∙ PnP = (2 + 2) 655kW = 2620 kW

Prsquo= 2620 kW + 5928 kW = 32128 kW

25 ConcluziiIn capitolul 2 s-au ales grupurile de actionare Alegerea s-a facut pe baza analizei

parametrilor motoarelor si caracteristicile acestora s-a evidentiat modul de utilizare al acestor

grupuri de actionare astfel incat sa fie satisfacute conditiile de tehnologicitate si economicitate

Acest lucru s-a facut pentru a obtine niste parametri de lucru cat se poate eficienti si economici

deoarece in cazul neindeplinirii uneia din conditii se pot intampla atat stagnari ale procesului

normal de foraj (uneori poate chiar si cu consecinte catastrofale) cat si pierderi financiare mari

42

3 ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ SI PREZENTAREA PARAMETRILOR SI CARACTERISTICILOR LOR

31Alegerea capului hidraulic

Fig31 Secţiune prin CH (reprezentare schematică (a) şi reprezentare constructivă (b))1 ndash corp (oală) 2 ndash bolţ 3 ndash toartă (biglu) 4 10 ndash rulment cu role cilindrice (de ghidare) 5 11 ndash garnituri de

etanşare 6 ndash rulment axial principal cu role conice 7 ndash fus 8 ndash reducţie 9 ndash rulment axial secundar cu bile 12 ndash felinar (capac) 13 ndash lulea 14 ndash piuliţă inferioară 15 ndash ţeavă de spălare 16 ndash cutie de etanşare 17 ndash etanşarea icircntre

partea superioară a ţevii de spălare şi lulea 18 ndash piuliţă superioară 19 ndash şuruburi de fixare

Capul hidraulic [1] (CH) este un utilaj care face parte din ansamblul de antrenare a GarF

El reprezinta nodul de legatura intre cele trei echipamente principale (EqPr) ale IF echipamentul

de circulatie (EqC) echipamentul de rotatie (EqR) si de manevra (EqM)

CH este suspendat in ciocul cirligului triplex cu ajutorul toartei sale La randul sau CH sustine

garnitura de foraj prin intermediul reductiei de legatura si al prajinii de antrenare De luleaua CH

se monteaza furtunul de noroi

43

Ca urmare functiunile CH sunt

1 Sustinerea GarF in timpul forajului

2 Permiterea rotatiei GarF

3 Conducerea fluidului de forajsub presiunede la FN la PA prin lulea teava de spalare

fus si RLCHin cazul circulatiei directe

Marimile fizice principale ale CH1 marimile functionale

- sarcina de lucru maxima

- turatia maxima a fusului

- presiunea maxima a fluidului de foraj

2 marimile dimensional-constructive

- diametrul interior al tevii de spalare

- tipo-dimensiulnile de legatura

3 marimile de anduranta

- sarcina limitacapacitatea in functie de rulmentul principal

- durabilitatea rulmentului principal

- durabilitatea etansarii tevii de spalare

Fig 31 Capul hidraulic (CH) montat icircn ciocul cacircrligului icircn timpul forajului

Alegerea capului hidraulic se face pe baza sarcinii maxime de lucru (FCH M

) si trebuie sa echipeze instalatia de foraj F200-2DH [1]

44

FCH M

geF M

(31)

FM =200 tf

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

(32)

Capetele hidraulice construite icircn Romacircnia sunt tipizate conform SR 5736 [66] care este

elaborat icircn concordanţă cu API Spec 8A [67] şi API Spec 8C [68]

Din tab 62 Cap 6 6 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH ndash 320 (ndash40degC) SR 5736

necesar instalaţiei de foraj alese F200

CHndash320 (ndash40degC) SR 5736 este un cap hidraulic echipat cu rulment axial-oscilant cu role

butoi cu sarcina maximă de lucru de 320tf care lucrează icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash

40degC

Conform SR 5736 acest tip de CH se caracterizează şi prin

Sarcina limită sau capacitatea maximă icircn funcţie de rulmentul principal FRLCH=147tf

pM = 35MPa nM = 300 rotmin di = 762 mm LP 4 (filetul de legătură al lulelei cu FF) 6⅝

REG LH (filetul de legătură cu RLCH)

32Alegerea ansamblului macara carlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 32 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]

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia [1]

FMC ge FCM (321)

Din tab32 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32-1250 MC -300 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii

45

Tabel 31 Caracteristicile Ansamblului Macara-Carlig

Tabelul 32 Tipurile de macarale-cacircrlig construite icircn Romacircnia şi caracteristicile lor (cf [69])

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (32)

GMC =8610t middot 981 ms2 = 84464 kN

46

UnMas F200Denumire 5-32MC-300

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300

Nr Roti manevra - 5

Diam cablului mm 32

Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140

Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in f-ie de rulmenti US tonf 347

Masa t 8610

Fig 32 Construcţia ansamblului-cacircrlig mono-bloc 1 ndash cacircrlig triplex 2 ndash bolţ 3 ndash pahar şi rulment axial 4 ndash tijă 5ndash piston 6 ndash arcuri de destindere 7 ndash piesă de legătură icircntre ansamblul cacircrligului şi macara 8 ndash axul macaralei 9 ndash role 10 ndash rulmenţii macaralei 11 ndash plăci laterale

33Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul de foraj reprezinta partea fixa a masinii macara-geamblac Se monteaza in

grupul mastului pe grinzi numite coroana geamblacului Este format dintr-un ax pe care se

monteaza un anumit numar de role (z+1) prin intermediul unor rulmenti Fiecare rola se misca

independent de celelalte (z-numarul de role de la macara) [1]

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

-geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţie romacircnească Avantajul acestui tip

constructiv este acela că este o construcţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

- 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

47

c geamblacul de foraj din două blocuri

- geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se pot roti şi interschimba asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

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

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

a geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

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

b geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

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 ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia [1]

Fig 331 Geamblac cu o roata separata

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 332

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

Alegerea geamblacului de foraj se face in functie de sarcina de lucru maxima de diametrul cablului utilizat de tipul cablului de manevra de tipul macaralei respectiv de tipul ansamblului macara-carlig

48

Pentru instalatia F200-2DH se alege unul din geamblacurile tipizate care sa indeplineasca cerintele impuse

Fig 33 2Geamblac monobloc 1 ndash suport (prin care GF se montează prin şuruburi de coroană ramă) 2ndash ax 3 ndash rolă roată 4 ndash rulment radial-axial cu role conice pe două racircnduri 5 ndash disc distanţier 6 ndash bucşă distanţieră 7 ndash ungător cu bilă (folosit pentru ungerea consistentă a rulmenţilor) (canalele de ungere sunt practicate icircn plan orizontal) 8 ndash placă de presare 9 ndash apărătoare

Pentru instalatia de foraj F 200 se va folosi un geamblac A 6 -32-1250GF-300 (-400C)(vezi [1] cap 54 tab56)adica geamblac de foraj cu 6 roţi role pe ax cu diametrul cablului de manevră de 32 mm

diametrul exterior al rolei de 1250 mm sarcina maximă de lucru 300tfşi temperatura de lucru de ndash

40degC Din tabelul 56 Cap 5 [1]se observă că acest tip de geamblac face parte din clasa

echipamentului (de manevră) 450

Tabel 33 Caracteristicile GeamblaculuiUnMas

Denumire 6-32GF-300Sarcina maxima la coroana geamblacului tf 400

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300Nr Roti manevra - 6

Diam cablului mm 32Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in functie de rulmenti US tonf 416Masa t 28

49

34Alegerea elevatorului 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

Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane de tubare (B-ElPCB) (bdquocasing slip

elevator-spiderrdquo icircn lb en) este o sculă de manevră care se foloseşte icircn timpul tubării puţurilor

atacirct pentru susţinerea coloanei de burlane (CB) ca broască cu pene aşezată pe masa rotativă

(MR) cacirct şi pentru săltarea din penele broaştei şi introducerea coloanei icircn puţ ca elevator (cu

pene) Deci aceste scule se folosesc icircn pereche icircn timpul tubării puţurilor una aşezată pe MR

susţine CB prin icircmpănare icircndeplinind funcţia de broască cu pene (vezi fig 341) iar cealaltă

care este susţinută icircn chiolbaşi avacircnd rolul de elevator (cu pene) se prinde tot prin icircmpănare pe

burlanul care s-a adăugat prin icircnşurubare la coloană saltă CB din broasca cu pene şi o susţine icircn

timpul introducerii ei icircn sondă (vezi fig 342)

Fig 342 Tragerea burlanului pe jilip cu ajutorul unui elevator de tras burlane pentru a fi icircnşurubat icircn

coloana susţinută icircn broasca cu pene

50

Fig 343 Varianta de elevator (cu pene) (cu inel ridicător) a broaştei-elevator cu pene cu două semicorpuri care este susţinută icircn ochiurile inferioare ale chiolbaşilor (11) icircn timpul introducerii coloanei de burlane (12) icircn puţul care se tubează 1 ndash corp carcasă 2 ndash umăr 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă de siguranţă 5 ndash corp de pană 6 ndash bacuri 7 ndash pacirclnie de ghidare 8 ndash cadru ridicător 9 ndash icircmpingătoare 10 ndash mecanism cu pacircrghii de ridicare

Din punct de vedere funcţional se deosebesc tipurile bull broască cu pene (BP) bull elevator cu pene (ElP)

Fig344 Broasca-elevator cu pene

51

In figura 344 este reprezentata Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane (broasca cu pene icircn partea de sus stanga elevatorul cu pene icircn partea dreapta şi vedere de sus a elevatorului cu pene icircn partea de jos) 1ndash corp 2ndash umăr braţ superior 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă (siguranţă pentru chiolbaşi) 5 ndash poartă uşă 6 ndash pene 7 ndash bacuri 8 ndash placă de sprijin (pe masa rotativă) 9 ndash guler de protecţie şi ghidare 10 ndash pacirclnie de ghidare HB ndash icircnălţimea broaştei cu pene HE ndash icircnălţimea elevatorului cu pene l ndash lăţimea broaştei-elevator

Alegerea elevatorului cu pene se face din conditiile urmatoare

FPgtFCBM

(341)

unde

FPleFBminusEl PCB

(342)

Studiind oferta companiei STEROM SA Cacircmpina conform ([1] cap 8 tab88) se alege un elevator cu pene de tipul

B-ElPCB 4frac12 ndash 13⅜ in x 350 ts (9⅝ x 275 ts x 8⅝) (ndash 45ordmC)

icircnseamnă broască-elevator destinată utilizării pentru burlane cu diametrul nominal cuprins

icircntre 4frac12 in şi 13⅜ in (inclusiv) cu sarcina nominală (sarcina maximă de lucru) de 350 ts (320tf)

echipată cu pene set de pene de 958 in cu sarcina nominală (maximă de lucru) de 275 ts (250 tf)

icircn care sunt montate bacuri de 858 in adică această broască-elevator este echipată pentru susţinerea

unei CB de 858 care determină icircn timpul manevrei ei o sarcină maximă la cacircrlig de cel mult 275ts

(250 tf) Ea este executată să lucreze icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash 45 ordmC

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

21t∙981ms2 =20601kN

35 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatorul pentru prăjini de foraj (ElPF) (bdquodrill pipe elevatorrdquo icircn lb en) este o sculă de

manevră care se foloseşte pentru susţinerea garniturii de foraj (GarF) icircn timpul extragerii şi

introducerii ei icircn sondă El prinde sub mufa PF şi este agăţat prin umerii săi icircn ochiurile

inferioare ale chiolbaşilor

ElPF se compune din

52

ndash două corpuri articulate care se icircnchid pe PF prevăzute cu cacircte un umăr cu care se suspendă icircn

ochiurile inferioare (mici) ale chiolbaşilor

ndash icircnchizatorul celor două corpuri

ndash eclise cu bolţuri prinse icircn umeri pentru asigurarea contra ieşirii chiolbaşilor

Elevatoarele se deosebesc prin forma lor modul de icircnchidere a celor două corpuri şi forma

suprafeţei de rezemare a prăjinilor

Din punctul de vedere al icircnchiderii se diferenţiază

ndash ElPF cu icircnchidere centrală (ElPFIcircC)

ndash ElPF cu icircnchidere laterală (ElPFIcircL)

După forma suprafeţei de sprijin al PF se disting

ndash ElPF cu scaun drept (ELPFSD) deci cu suprafaţă de rezemare dreaptă folosite pentru

manevrarea prăjinilor de foraj cu racorduri speciale sudate cu umăr drept (RSSUD) sau cu

racorduri icircnfiletate [1]

Fig 351 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun conic

ndash ElPF cu scaun conic (ElPFSC) care dispun de o suprafaţă de rezemare interioară tronconică cu unghiul de icircnchidere standardizat de 18deg ca şi mufele racordurilor speciale sudate cu umăr conic (RSSUC)

53

Fig 352 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun dreptElevatoarele sunt tipizate prescripţiile generale fiind prevăzute de API Spec 8A [85] şi

Spec 8C [86] Icircn fig 88 este reprezentat un ElPF cu scaun conic iar icircn fig 89 un ElPF cu scaun

drept

In figura 34 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic

Fig 34 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Alegerea elevatorului pentru prajini se face in functie de tipul prajinilor de foraj

1 Daca prajinile sunt cu recorduri speciale infiletate atunci cu scaun drept

2 Daca prajinile sunt cu racorduri speciale sudate atunci cu scaun conic

La alegerea elevatorului trebuie indeplinita conditia

FElgtFGar FMn

(sarcina normala utila de la carlig) (351)

icircn care FGar FM

este sarcina maximă care apare icircn timpul manevrării garniturii pacircnă la adacircncimea

maximă de foraj a puţului respectiv

54

Pentru că prăjinile de foraj sunt cu RSSUC si FGar FM

=122863kN conform tabelului 85

[1] cap 8 se alege un elevator cu scaun conic cu urmatoarea nominalizare

Elevator cu scaun conic 4frac12 x 1214 x 250 adica

elevator cu scaun conic cu dimensiunea nominală de 4frac12 ( pentru prăjini de foraj cu

RSSUC cu diametrul nominal de 4frac12 DPF = 4frac12) cu diametrul interior de 1214 mm (ceea ce

icircnseamnă că se utilizează pentru prăjini cu capetele fie cu II fie cu IEI (conform tabelului 85 cap

8) şi cu sarcina maximă de lucru de 250 tf cu masa mEl=1828kg conform NR 05-1018R STEROM

SA

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

ELpF= mEl middot g (253)

GEl = 1828 kg middot 981 ms2 = 18 kN

36Alegerea chiolbasilor

Chiolbaşii (Ch) (bdquothe drilling linksrdquo bdquoelevator linksrdquo icircn lb en) denumiţi şi bdquobraţele de

elevatorrdquo sunt scule de foraj care fac legătura icircntre cacircrlig şi elevator fiind utilizaţi icircn timpul

manevrei garniturii de foraj (GarF) şi coloanelor de burlane (CB)

Ei se agaţă cu ochiurile superioare de umerii cacircrligului şi susţin cu ochiurile lor inferioare

elevatorul prin umerii acestuia (vezi fig 361) Astfel sarcina datorată GarF sau CB este

preluată prin intermediul elevatorului de către Ch care o transmit cacircrligului [1]

55

Fig 361 Ansamblul format din macara-cacircrlig chiolbaşi şi elevator icircncare este susţinută garnitura de foraj icircn timpul manevrei acesteia

Din punct de vedere al sarcinii de lucru exista 3 tipuri de chiolbasi

1 Usor (sarcini mici)

2 Mediu (sarcini medii)

3 Greu (sarcini mari)

Tipul usor are forma de za alungita iar cel mediu si greu ndash de bara prevazuta la ambele capete cu

ochiuri

Chiolbasii se executa prin forjare in matrita dintr-o singura bucata de otel slab aliat de

constructii pentru a se asigura o rezistenta mare atat prin fibrajul obtinut prin procedeul tehnologic

respective cat si prin compozitie si prin TT folosit

Fig 362 Diferite tipuri de chiolbaşi

Alegerea chiolbasilor se face in functie de sarcina de lucru si de lungimea nominala

Fig 363 Tipurile de chiolbaşi şi dimensiunile lor principale a ndash chiolbaş de tipul uşor b ndash chiolbaş de tipul mediu c ndash chiolbaş de tipul greu C2 ndash raza de curbură interioară a ochiului superior G1 ndash raza de curbură interioară a ochiului

56

inferior D2 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului superior cu umărul cacircrligului H1 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului inferior cu umărul elevatorului d d1 ndash diametrul barei L ndash lungimea de lucru (dintre

punctele de sprijin pe umărul cacircrligului şi pe umărul elevatorului)

Conform normelor prevazute pentru F200-2DH se aleg chiolbasi de tip greu serie Chiolbaşi 69 x 2100 x 320

Gama de sarcini Fch = 320 tf perDimensiuni principale- d1 = 85 mm- C2 = 108 mm

- G1 =70 mm- D2 = 34 mm - H1 = 345 mm- Lungimea totala Lch = 2100 mm- Masa netă informativă mch = 247 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (36)

GCh = 247 kg middot 981 ms2 = 243 kN

37Alegerea cablului de manevra

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

1 la manevră cablul de manevră sau de foraj

2 la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcărit

3 la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancoră

4 pentru rabaterea turlei cablul de praştie

5 la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electrici

Cablurile 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

57

1 de acelaşi diametru 5 la fire2 de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 371)

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

Fig 371 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

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

1 organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)

2 metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)

3 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 ]

58

Fig 372 Cablarea a ndash icircnfăşurarea spre dreapta b ndash icircnfăşurarea spre stacircngac ndash cablarea icircn cruce stacircnga (ZS) d ndash cablarea icircn cruce dreapta (SZ)e ndash cablarea paralelă dreapta (ZZ) f ndash cablarea paralelă stacircnga (SS)

Alegerea cablului se face pe baza sarcinii sale reale minime de rupere (Srm) astfel icircncacirct să fie satisfăcută condiţia de rezistenţă (vezi [1])

Srm gecM middot FM (37)

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

CM - coeficientul de siguranţă pentru operatiile de tubare si instrumentatie care se accepta egal cu

valoarea 2 conform API Spec9B iar FM ste forta maxima din RA a infasurarii cablului Ea se

determina cu expresia[1]

(372)

in care FM este forta totala care actioneaza asupra ramurilor din cablu z ndash nr de role de la macaraηMminusG - randamentul masinii macara-geamblac la ridicareRandamentul masinii macara-geamblac la ridicare se obtine cu relatia (cf[1])

ηMminusG=β2 ∙Zminus1

2 ∙ Z ∙ β2 ∙Z ∙ ( βminus1 ) (373)

unde β este inversul randamentului unei role

β= 1ηRo

(374)

pentru care se admite valoarea β =104 conform API iar ηRo =096 (API) randament role

59

FM=FM

2sdotzsdotηM minusG

Conform tipului de ansamblu MC ales z =5 Atunci rezultă

ηMminusG =

1 04225minus12sdot5sdot1 042sdot5 (1 04minus1 )

=0 811

Forţa F M se calculează cu expresia (conform [1])

FM =F M +GoTsdot(1+

ac(M )

g )

(375)

unde FM

este sarcina maxima utila la carlig GoT - greutatea moarta la tubare g- acceleratia

gravitationala g= 981 ms2 ac(M )

- acceleratia miscarii carligului are valori cuprinse in domeniul

[0515]∙ ms2

Greutatea moartă la tubare se determină ţinacircnd cont de greutatea elementelor ansamblului

MC a chiolbaşilor (Ch) a elevatorului cu pene (ElP) şi a ramurilor de cablu dintre macara şi

geamblac

GoT =

GMC+G ch+GEl P+GCM

(376)

Deoarece la acest moment nu se cunoaşte tipodimensiunea cablului şi ca urmare masa sa unitară se face aproximaţia

GoT iquestGMC+G ch+GEl P (377)

rezulta

GOT=8446 kN+243kN+20601 kN=1075 kN

Ştiind tipul IF se determină

FM

=200tf= 200∙981 =1962kNSe accepta

ac(M )=1 m s2

si se obtine

FM =1962 kN+107 5 kNsdot(1+ 19 81 )=2080 46 kN

60

Se calculeaza

F =

2080 46 kN2sdot5sdot0 811

=256 531 kN

Se determină sarcina reală minimă de rupere necesară a cablului cu formula

Srmnec gecM middot FM (378)

c M=2 ( conform API) si rezulta

Srmnec =2∙256531kN=513062kN

Se alege un cablu Seale cu o măsură a lui Srm astfel icircncacirct să fie icircndeplinită condiţia următoare

Sr mgtSr m nec

(379)

Ca urmare din [1] tabelul 52 se constată că se poate alege

Cablu Seale 6x19-32-1570 SZ STAS1689-80

caracterizat prin

nT=6 nr toroane

n f=19=1+9+9 nr fire din fiecare torondc=32 mm diametrul nominalRm=1570 MPa rezistenta minima de rupere a sarmelorSr m=531 32 kN sarcina reala minima de rupered0=3 mm diametrul sarmelor centraled1=1 45 mm diametrul sarmelor intermediared2=26 mm diametrul sarmelor exterioarem1 C=3 89 kg m masa unitara

Tipul cablării cruce dreapta (SZ) adică sensul de icircnfăşurare a firelor icircn toron este spre stanga(S) iar sensul de icircnfăşurare a toroanelor icircn cablu este spre dreapta (Z)Sr m=531 32gtSr nec=513 062 kN

Deci conditiaSr mgtSr nec este satisfacuta

Se reia calculul pentru verificare

61

Trebuie sa recalculam FM tinand cont si de greutatea cablului GCM

GCM =2sdotzsdotlr CM(M ) sdotqc (3710)

qc - greutatea unitara a cabluluiqc =m1 Csdotg (3711)

qc =3 89 kg msdot9 81 m s2=38 161 N mlr CM(M ) =(15 m+lp )+sminuslb (3712)

lr CM(M )

=(15 m+27 m)+65 mminus9 m=26 m

in care s=65m ndash spatiu de siguranta lb=9m lungimea unui burlanlp=27m lungimea pasului

GCM=2sdot5sdot26 msdot38 161 N m=9 922 kN

GoT=107 5 kN+9 922kN=117 422kN

Pentru IF F200-2DH vom avea

F =

2091 413 kN2sdot5sdot0 811

=257 88 kN

c M=Sr m

F c M=531 32kN

257 88 kN=2 06gtc=2

Tabelul 375 Parametrii caracteristici ai cablurilor Seale 6 x 19 conform STAS 1689-80

38 Alegerea troliului de foraj

62

FN=200sdot9 81kN+117 442kN (1+ 19 81

)=2091 413kN

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

b) energie hidraulică minimă (consumată prin circulaţia fluidului de foraj)ceea ce

presupune o pierdere de presiune minimă la curgerea fluidului de foraj prin interiorul PF care

determină alegerea unei măsuri cacirct mai mici a grosimii de perete

4) energie minimă consumată icircn timpul manevrei GarF ceea ce presupune alegerea PF cu măsura

minimă a masei unitare

Diametrul nominal al PF reprezinta diametrul exterior al corpului PF DPF=DPFe (161)

Diametrul nominal al PF se determina in functie de Dsmasurile orientative fiind date in tabelul de mai jos

Ds mm 150170 150200 175225 200250 225300 gt250DPF mm(in) 889(3 frac12) 1016(4) 1143(4 frac12) 127(5) 1397(5 frac12) 1683(658)

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

Pentru diametrul sapei de foraj determinat icircn subcapitolul anterior Ds= 1715 mm = 634rdquo se alege diametrul nominal al prăjinii de foraj DPF =4 frac12rdquo = 1143 mm

Din STAS 8037 ndash 88 (vezi aplicatia 5 tabelul 1) se alege diametrul nominal standardizat 412rdquo E 75 cu urmatoarele caracteristici

- masa cu racorduri m1PF= 33 Kgm

- grosimea peretelui s= 1092 mm

- diametrul interior DPfi= 9246=925 mm

- aria prăjinii de foraj A= 3547 mm2

- modulul de rezistentă WP= 10583 cm3

- tipul icircngroşării EU

- gradul de rezistenta E 75

- presiunea exterioara limita pel= 894 bar= 894MPa

- presiunea interioara limita pil= 865 bar =865MPa

- forţa de tracţiune limita FtcL= 1834 kN

- momentul de torsiune limita MtLPF= 5003 kNm

- tipodimensiunea IFU a RSS NC46 (4IF)

Solicitari care duc la limita de curgere a RSS

- momentul de insurubare limita dpdv al curgerii materialului RSS

25

M i RS L=53 69 kNm

FtRSL = 4 664 kN (forţa de tracţiune limită dpdv al curgerii materialului RSS)

- momentul de insurubare recomandatM i r=27 3 kNm

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)

Se obtine

APF=π4sdot(114 32 mmminus92 462 mm)=3547 mm2

Se determina modulul de rezistenta polar al sectiunii transversale a corpului PF cu formula

W p=I p

DPF

2

(162)

unde I p este momentul geometric polar al sectiunii transversale a corpului PF

I p=π32

∙( DPF4 minusDPFi

4 )= π32

∙ DPF4 ∙[1minus( DPFi

DPF)

4] (163)

I p=π

32sdot114 34 mmsdot[1minus(925 mm

114 3 mm )4 ]=9569240 653 mm4=956 924 mm3

deci

W p=π

16sdotDPF

3 sdot[1minus( DPF i

DPF)

4]

(164)

Rezulta

W p=π

16sdot114 33sdot[1minus(92 5

114 3 )4]=167658 175 mm3

Calculul tensiunii de tractiune

σ tcl=F tcl

APF

(165)

26

σ tcl=1834 kN

3547 mm2 =1834 ∙ 103 N3547 mm2 =517056 ∙106 Pa

Aceasta tensiune arata limita de curgere minima conform tabelului cu caracteristicile

mecanice ale prajinilor de foraj pentru clasa de rezistenta E75 (vezi aplicatia 6) Limita de curgere

trebuie sa se situeze in intervalul 517hellip724 In cazul nostrum limita este 517 MPa care se

incadreaza intre valorile recomandate

-calculul tensiunii tangentiale τ=G∙θ ∙ r (166)

θ=M t

G ∙ I p

(16 7)

Unde G este modulul de elasticitate transversal al materialului din care se confectioneaza PFPentru otel G= 81010 Paθ- torsiunea specificar- raza punctului considerat din sectiunea transversala a corpului PF

θ= 5003∙ 103 Nm8 ∙ 1010 N m2 ∙ 0956∙ 10minus5m4 =653 ∙ 10minus2 1

m

τ=8 ∙1010 N

m2∙ 653 ∙ 10minus2 mminus1∙ 5785∙ 10minus2m=29855106

N

m2

Aceasta tensiune reprezinta tensiunea tangentiala de curgere

Lungimea ansamblului superior utilizat pentru forajul putului de exploatare se determina cu

expresia

LAn S=H MminusLAn PG (168) LAn S=3500 mminus162 m=3338 m

Se calculeaza numarul de PF

nPF=

LAn S

lPF (169)Considerand ca lungimea unei prajini este cea normala adica 9m se obtine

nPF=3338

9=37088

Se alege nPF=371 si se recalculeaza lungimea AnS

LAnS=371∙9m=3339 m

27

17Alegerea 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

garnitura stanga) [1]

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 masa rotativă 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 (658 REG) in timpul forajului după tubarea unei coloane de burlane prăjina

de antrenare trebuie uneori schimbată ndash diametrul cepului 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 de lucru 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 [1]

28

Fig 171 Prăjina de antrenare forjată a ndash pătrată b ndash hexagonală

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

Alegerea 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-cep

Se prefera alegerea unei prajini de antrenare forjate deoarece nu necesita reductii de legatura

proprii asa cum este cazul prajinii laminate

29

Fig172 Reducţii de legătură icircntre prăjina de antrenare (PA) şi racordul special (RS) denumite RLRS a ndash

reducţie dreaptă (pentru icircmbinări filetate cu aceleaşi dimensiuni) b ndash reducţie icircn trepte (pentru icircmbinări filetate cu

dimensiuni diferite)

Se alege o prajina de antrenare forjata patrata avand elementul de imbinare superioara de

tipul mufa cu filet stanga de tipul 658 REG pentru asamblarea cu reductie cap hidraulic(RLCH)

Pentru ansamblul superior al garniturii de foraj s-a stabilit ca se iau prajini de foraj de 4 12 in cu

racorduri speciale sudare(RSS) cu IEI si tipodimensiunea IFU NC 46

Ca urmare conform tabelului 1 aplicatia 7 se alege prajina de antrenare in varianta

constructiva 1(standard) cu dimensiunea nominala de 4 frac14 in Se foloseste o RLPA dreapta de

tipul mufa(NC46)-cep(NC46) ca in figura 172 a

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 infDPA

mm(in)DPAi mm

a mm

lPA m

mPAkg

1cep

6 58 REGmufăNC46

mufă6 58

REG

cepNC46

A (dreapta) NC46-NC46

108(4 14)

714 108 12192 800

30

18 Alegerea tipului de instalatie de foraj

Instalaţia de foraj reprezintă totalitatea maşinilor utilajelor si instalaţiilor necesare săpării unei sonde

Studiul pe sisteme al instalaţiilor de foraj corespunde principalelor operaţii care se efectuează

pentru forarea unei sonde precum si principalelor grupe de maşini si utilaje care intra in

componenta acestor instalaţii

Sistemele de lucru ale unei instalaţii de foraj sunt

1 Sistemul de manevra mdash SM- cu ajutorul căruia se realizează ridicarea si coboracircrea

sarcinilor

2 Sistemul de circulaţie - SC - care asigura circulaţia fluidului de foraj

3 Sistemul de rotire - SR - care realizează rotirea garniturii de prăjini in timpul forajului

In cazul instalaţiilor de foraj transportabile apare si sistemul de transport

Pentru asigurarea condiţiilor de funcţionare a sistemelor de lucru instalaţia de foraj mai

cuprinde sistemul de comenzi instalaţia de preparare si curăţare a fluidului de foraj dispozitive

de mecanizare si automatizare ansamblul de scule materialul tubular [1]

Alegerea instalaţiei de foraj se face pe baza sarcinii maxime utile (sarcinii maxime de lucru) FM (V APLICATIA 9)

In aplicatiile anterioare s-au determinat greutatile fiecarei coloane de burlane si anume

GCI(I)= 1413516 kN GCE= 722187kN

Rezulta ca cea mai grea CB GCBM=max GCI(I) GCE=1413516 kN

S-au ales pentru forajul putului de exploatare prajini grele cu DPG=6 in=1524 mm

DPGi=2 1316 in= 715 mm m1PG = 1115 kgm qPG=1094kNm LAnPG=135 m

Se determina greutatea AnPG

GAn PG=qPGsdotL An PG

(181)

si se obtine

GAnPG=1094kNm135m=14769kN

Greutatea unitara a PFse calculeaza folosind formula

qPF=m1 PFsdotg (182)

qPF=33kgm

sdot9 81m

s2=323 73

Nm

31

Greutatea AnS va fi

GAn S=qPFsdotLAn S (183)

GAn S=323 73Nm

sdot3 339sdot103 m=1080 934kN

Greutatea GarF se obtine insumand greutatea AnPG si greutatea AnS

GGar F=GAn PG+GAn S (184)

Se obtine

GGar F=147 69 kN+1080 934 kN=1228 624 kN

Se considera ca cea mai grea GarF este garnitura utilizata pentru forajul putului de exploatare

GGar F M=1228 624 kN

Alegerea IF se face pe baza sarcinii nominale de la carlig si a tipului de actionare

FM =max FM T FM D (185)

Sarcina maxima utila de tubare se calculeaza cu formula[1]

FM T

=GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+(1+kmf( M ) )sdot

ac

( M )

g ] (186)

in care

k r(M )estecoeficientul fortei de frecare la ridicarea coloanei de burlane intre peretele putului si

fluidul de foraj k mf(M )minusiquestcoeficientul de masa al fluidului de foraj din interiorul coloanei aderent la

coloana ac(M )- acceleratia miscarii carligului in cazul ridicarii sarcinii normale

kDij- coeficientul diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

ρ0 ndashdensitatea otelului din care sunt confectionate burlanele

ρf -densitatea fluidului de foraj

Coloana fiind considerată plină cu fluid de foraj cu aceeaşi măsură a densităţii ca şi aceea

din interiorul puţului forat coeficientul k mf(M ) se determină cu formula [1]

k m f=ρf

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1] (187)

unde DCB este diametrul nominal al CB GCBM ndash greutatea celei mai grele coloane de burlane Sfa- grosimea startului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al coloanei de burlane

32

LCB ndash lungimea CB lj ndash lungimea tronsonului de ordinul j kDij ndash coef diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

K Dij=Dibj

DCB

(188)

Pentru CI(I) de 858in vom avea

DCI(I)=858in= 2191 mmntCI(I)=6

sB jisin 10 16 10 16 8 94 10 16 10 16 11 43 mmDi B jisin 198 8 198 8 2012 198 8198 8 196 8 mm

k Di jisin 0 907 0 907 0 918 0 907 0 907 0 898 l jisin 255 325 460 520 395 705 m

LCI(I)=HCI(I)=2660m

=125tm3

sf a=0 653 mm grosimea stratului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al CB

iquestsumj=1

6

(1minusk Di j2 )sdotl j=

(1-09072)sdot255+(1minus09072 )sdot325+(1-09182 )sdot460+ (1minus09072 )sdot52 0++ (1-09072)sdot39 5+(1minus0 8982)sdot705=473 972 m

Se admite

k r(M )=02

si ac

(lt M )=1 ms2 Se obţine

Sarcina maxima utila la tubare

FM T =1413 516 kN sdot[(1minus1 25 t m3

7 85 t m3 )sdot(1+02 )+ (1+0 745 )sdot 19 81 ]=1677 556 kN

Sarcina maxima utila de degajare a celei mai grele garnituri de foraj se determina cu relatia[1]

FM D =GGar F Msdot(1minus ρ f

ρo)+FD M

FD M este forta de degajare maxima FD M =300kN

33

k m f(M )=

ρ f

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

5

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1]=

Măsura lui FDM se apreciază icircn funcţie de măsura lui HM conform tabelului 1 aplicatia 9

FM D =1228 624 kNsdot(1minus1 25 t m3

7 85 t m3)+300 kN=1332 983

kN

Conform rezultatelor de mai sus se obtineFM

=max 1677 556 1332983 kN=1677 556 kN 9 81≃171 0047 tf

Ca urmare se poate alege o IF transportabilă pe cale terestră pe subansamble (SAn) din clasa F 200 (vezi [1])

Tipul acţionării se alege icircn funcţie de posibilitatea de alimentare cu energie electrică a IF icircn

zona de amplasare de instalaţiile aflate icircn dotarea firmei de foraj şi de costul comparativ al

combustibilului şi al energiei electrice din perioada cacircnd o să lucreze instalaţia icircn situaţia icircn care

firma dispune de instalaţii cu acţionări neautonome sau autonome

Se admite că situaţia din zona de amplasament a IF impune o acţionare de tipul DH Avacircnd

icircn vedere acest lucru rezultă că se poate alege o IF de tipul

F-200-2DH (T(SAn))

19 Concluzii

Pe baza datelor luate din materialul didactic si standardele nationale cat si internationale s-a

facut un calcul teoretic de alegere al instalatiei de foraj Luand in consideratie ca mediul real poate

aduce un aport negativ asupra calculelor teoretice in rezultatele prezentate mai sus s-au luat niste

coeficienti de siguranta care sa acopere riscurile posibile totodata s-a constatat ca desi pentru

Sonda 7 Pacurari este necesara o instalatie mai mica decat cea aleasa am fost nevoit sa aleg anume

F200-2DH deoarece conditiile tehnico-economice presupun utilizarea tipului utilajului folosit deja

in industria petroliera si standardizat conform normelor STAS si API

2 PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

21 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

34

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

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 arborele 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 [1]

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 MBM 820 cu supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului DH de tipul GF-820+CHC-750-2 sunt

prezentate icircn fig 21 Se analizează dependenţele funcţionale reprezentate de aceste curbe (vezi

aplicatia 13)

35

Fig 2 1 Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului de acţionare de tipul DHformat din GF 820 şi CHC-750-2 pentru reglarea motorului diesel la sarcină plină

şi funcţionarea lui cu gradul maxim de accelerare (la care puterea maximă amotorului este puterea nominală Pn) şi funcţionarea lui cu gradul maxim deaccelerare MI MII ndash momentul dezvoltat la arborele primar (I) respectiv laarborele secundar (II) al CHC ωI ωII ndash viteza unghiulară PI PII ndash puterea

ηCHC ndash randamentul CHC

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (210)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (211)

Tabel 311 Parametrii functionali ai grupului de actionare GF-820 + CHC-750-2

36

Fig 211 Curba caracteristica exterioara a CHC este o caracteristica flexibila cresterea momentului rezistent este

preluata de CHC prin reducerea importanta a vitezei unghiulare a arborelui secundar

Din aceste grafice se deduce ca pentru ηm= 07 DEF al CHC-750-2 reprezentat prin ηCH ϵ

[0700 0847] nII ϵ [275 950] rotmin MII ϵ [14730 4000] kNm

Din datele obinute rezulta avantajele utilizarii CHC in cadrul GA de tipul DH

1 CHC lucreaza ca un variator continuu de viteza adica ωII se modifica automat si continuu odata cu variatia momentului rezistent aplicat arborelui secundar astfel se spune ca CHC isi regleaza regimul de functionare deci CHC permite o autoadaptare a GA la sarcina

2 Utilizarea CHC simplifica lantul cinematic al IF37

3 CHC protejeaza motorul Diesel impotriva suprasarcinilor si a socurilor transmise de la antorul sistemului de lucruinclusive in situatia blocarii secundarului

Fig 212 Curbele caracteristice pentru sarcina plina ale motorului MBM-820 si curba puterii in functie de sarcina plina a aceluiasi motor

22 Alegerea modului de acţionare

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

38

Instalaţiie 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[1]

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

39

Fig 221 Schema structural-functionala a unei instalatii de foraj cu mod de actionare centralizatin varianta MAC2 cu

actionare DH

S-a ales varianta MAC2 in care PN este actionata separat formand impreuna cu GA si transmisiile mecanice respective un grup motopompa (GMP) dupa cum TA este DH vezi 1[1])

23 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

1 pompe centrifuge pentru hidrocicloane2 site vibratoare 3 agitatoare4 pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de foraj5 pompe centrifuge pentru apa6 pompe centrifuge pentru chimicale7 pompe pentru reziduuri8 pompe pentru combustibil9 comanda hidraulica a prevenitoarelor10 instalaţie pentru uscarea aerului11 agregate pentru icircncălzire12 maşini-unelte13 agregat pentru sudura

40

14 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

Tabel 231 Consumatorii auxiliari de forta utilizati in cadrul IF de tipul F200-2DH si puterea lor

NrCrt

Denumirea consumatorilor Puterea motorului

kW

NrmotoarePuterea totala

kW

A Instalatia de foraj propriu-zisa

1 Site virbatoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 10 75

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa racire troliu 75 1 75

5 Pompa apa racire frina hidraulica 75 1 75

6 Pompe instalatie amestec chimicale 3 2 6

7 Pompe combustibil 3 2 6

8 Pompe ulei 15 1 15

9 Pompe de preparare a fluidului de foraj 75 2 150

10 Pompa baterie denisipare 55 1 55

11 Pompa baterie desmiluire 50 1 50

12 Instalatie degazeificare 5 1 5

13 Degazeificator 30 1 30

14 Instalatie de preparare centrifuga 20 3 60

15 Instalatie transport material pulverulent 4 1 4

16 Dispozitiv salvare garnitura 20 1 20

17 Dispozitiv strins-slabit 11 1 11

18 Dispozitiv manevra prajini grele 75 1 75

19 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

20 Pod tubaj reglabil 75 1 75

21 Instalatie comanda prevenitoare 11 1 11

41

22 Instalatie de uscare aer 15 1 15

23 Instalatie iluminat normal 18 1 18

24 Instalatie iluminat siguranta 08 1 08

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

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

PCsAF = 5928 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

24 Calculul puterii instalate

Puterea instalata a IF (Prsquo) reprezinta puterea motoarelor utilizate pentru actionarea

antoarelor principale a celor auxiliare si pentru actionarea celorlalte utilaje si instalatii folosite

pentru executarea diverselor operatii auxiliare

Prsquo = P + PCsAF (241)

P = n Pn (242)

Pn-Puterea nominala a motorului MB820 Pn= 655 kW

n-numarul de motoare folosite

P = (2+2) ∙ PnP = (2 + 2) 655kW = 2620 kW

Prsquo= 2620 kW + 5928 kW = 32128 kW

25 ConcluziiIn capitolul 2 s-au ales grupurile de actionare Alegerea s-a facut pe baza analizei

parametrilor motoarelor si caracteristicile acestora s-a evidentiat modul de utilizare al acestor

grupuri de actionare astfel incat sa fie satisfacute conditiile de tehnologicitate si economicitate

Acest lucru s-a facut pentru a obtine niste parametri de lucru cat se poate eficienti si economici

deoarece in cazul neindeplinirii uneia din conditii se pot intampla atat stagnari ale procesului

normal de foraj (uneori poate chiar si cu consecinte catastrofale) cat si pierderi financiare mari

42

3 ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ SI PREZENTAREA PARAMETRILOR SI CARACTERISTICILOR LOR

31Alegerea capului hidraulic

Fig31 Secţiune prin CH (reprezentare schematică (a) şi reprezentare constructivă (b))1 ndash corp (oală) 2 ndash bolţ 3 ndash toartă (biglu) 4 10 ndash rulment cu role cilindrice (de ghidare) 5 11 ndash garnituri de

etanşare 6 ndash rulment axial principal cu role conice 7 ndash fus 8 ndash reducţie 9 ndash rulment axial secundar cu bile 12 ndash felinar (capac) 13 ndash lulea 14 ndash piuliţă inferioară 15 ndash ţeavă de spălare 16 ndash cutie de etanşare 17 ndash etanşarea icircntre

partea superioară a ţevii de spălare şi lulea 18 ndash piuliţă superioară 19 ndash şuruburi de fixare

Capul hidraulic [1] (CH) este un utilaj care face parte din ansamblul de antrenare a GarF

El reprezinta nodul de legatura intre cele trei echipamente principale (EqPr) ale IF echipamentul

de circulatie (EqC) echipamentul de rotatie (EqR) si de manevra (EqM)

CH este suspendat in ciocul cirligului triplex cu ajutorul toartei sale La randul sau CH sustine

garnitura de foraj prin intermediul reductiei de legatura si al prajinii de antrenare De luleaua CH

se monteaza furtunul de noroi

43

Ca urmare functiunile CH sunt

1 Sustinerea GarF in timpul forajului

2 Permiterea rotatiei GarF

3 Conducerea fluidului de forajsub presiunede la FN la PA prin lulea teava de spalare

fus si RLCHin cazul circulatiei directe

Marimile fizice principale ale CH1 marimile functionale

- sarcina de lucru maxima

- turatia maxima a fusului

- presiunea maxima a fluidului de foraj

2 marimile dimensional-constructive

- diametrul interior al tevii de spalare

- tipo-dimensiulnile de legatura

3 marimile de anduranta

- sarcina limitacapacitatea in functie de rulmentul principal

- durabilitatea rulmentului principal

- durabilitatea etansarii tevii de spalare

Fig 31 Capul hidraulic (CH) montat icircn ciocul cacircrligului icircn timpul forajului

Alegerea capului hidraulic se face pe baza sarcinii maxime de lucru (FCH M

) si trebuie sa echipeze instalatia de foraj F200-2DH [1]

44

FCH M

geF M

(31)

FM =200 tf

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

(32)

Capetele hidraulice construite icircn Romacircnia sunt tipizate conform SR 5736 [66] care este

elaborat icircn concordanţă cu API Spec 8A [67] şi API Spec 8C [68]

Din tab 62 Cap 6 6 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH ndash 320 (ndash40degC) SR 5736

necesar instalaţiei de foraj alese F200

CHndash320 (ndash40degC) SR 5736 este un cap hidraulic echipat cu rulment axial-oscilant cu role

butoi cu sarcina maximă de lucru de 320tf care lucrează icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash

40degC

Conform SR 5736 acest tip de CH se caracterizează şi prin

Sarcina limită sau capacitatea maximă icircn funcţie de rulmentul principal FRLCH=147tf

pM = 35MPa nM = 300 rotmin di = 762 mm LP 4 (filetul de legătură al lulelei cu FF) 6⅝

REG LH (filetul de legătură cu RLCH)

32Alegerea ansamblului macara carlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 32 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]

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia [1]

FMC ge FCM (321)

Din tab32 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32-1250 MC -300 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii

45

Tabel 31 Caracteristicile Ansamblului Macara-Carlig

Tabelul 32 Tipurile de macarale-cacircrlig construite icircn Romacircnia şi caracteristicile lor (cf [69])

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (32)

GMC =8610t middot 981 ms2 = 84464 kN

46

UnMas F200Denumire 5-32MC-300

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300

Nr Roti manevra - 5

Diam cablului mm 32

Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140

Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in f-ie de rulmenti US tonf 347

Masa t 8610

Fig 32 Construcţia ansamblului-cacircrlig mono-bloc 1 ndash cacircrlig triplex 2 ndash bolţ 3 ndash pahar şi rulment axial 4 ndash tijă 5ndash piston 6 ndash arcuri de destindere 7 ndash piesă de legătură icircntre ansamblul cacircrligului şi macara 8 ndash axul macaralei 9 ndash role 10 ndash rulmenţii macaralei 11 ndash plăci laterale

33Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul de foraj reprezinta partea fixa a masinii macara-geamblac Se monteaza in

grupul mastului pe grinzi numite coroana geamblacului Este format dintr-un ax pe care se

monteaza un anumit numar de role (z+1) prin intermediul unor rulmenti Fiecare rola se misca

independent de celelalte (z-numarul de role de la macara) [1]

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

-geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţie romacircnească Avantajul acestui tip

constructiv este acela că este o construcţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

- 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

47

c geamblacul de foraj din două blocuri

- geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se pot roti şi interschimba asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

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

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

a geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

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

b geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

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 ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia [1]

Fig 331 Geamblac cu o roata separata

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 332

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

Alegerea geamblacului de foraj se face in functie de sarcina de lucru maxima de diametrul cablului utilizat de tipul cablului de manevra de tipul macaralei respectiv de tipul ansamblului macara-carlig

48

Pentru instalatia F200-2DH se alege unul din geamblacurile tipizate care sa indeplineasca cerintele impuse

Fig 33 2Geamblac monobloc 1 ndash suport (prin care GF se montează prin şuruburi de coroană ramă) 2ndash ax 3 ndash rolă roată 4 ndash rulment radial-axial cu role conice pe două racircnduri 5 ndash disc distanţier 6 ndash bucşă distanţieră 7 ndash ungător cu bilă (folosit pentru ungerea consistentă a rulmenţilor) (canalele de ungere sunt practicate icircn plan orizontal) 8 ndash placă de presare 9 ndash apărătoare

Pentru instalatia de foraj F 200 se va folosi un geamblac A 6 -32-1250GF-300 (-400C)(vezi [1] cap 54 tab56)adica geamblac de foraj cu 6 roţi role pe ax cu diametrul cablului de manevră de 32 mm

diametrul exterior al rolei de 1250 mm sarcina maximă de lucru 300tfşi temperatura de lucru de ndash

40degC Din tabelul 56 Cap 5 [1]se observă că acest tip de geamblac face parte din clasa

echipamentului (de manevră) 450

Tabel 33 Caracteristicile GeamblaculuiUnMas

Denumire 6-32GF-300Sarcina maxima la coroana geamblacului tf 400

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300Nr Roti manevra - 6

Diam cablului mm 32Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in functie de rulmenti US tonf 416Masa t 28

49

34Alegerea elevatorului 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

Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane de tubare (B-ElPCB) (bdquocasing slip

elevator-spiderrdquo icircn lb en) este o sculă de manevră care se foloseşte icircn timpul tubării puţurilor

atacirct pentru susţinerea coloanei de burlane (CB) ca broască cu pene aşezată pe masa rotativă

(MR) cacirct şi pentru săltarea din penele broaştei şi introducerea coloanei icircn puţ ca elevator (cu

pene) Deci aceste scule se folosesc icircn pereche icircn timpul tubării puţurilor una aşezată pe MR

susţine CB prin icircmpănare icircndeplinind funcţia de broască cu pene (vezi fig 341) iar cealaltă

care este susţinută icircn chiolbaşi avacircnd rolul de elevator (cu pene) se prinde tot prin icircmpănare pe

burlanul care s-a adăugat prin icircnşurubare la coloană saltă CB din broasca cu pene şi o susţine icircn

timpul introducerii ei icircn sondă (vezi fig 342)

Fig 342 Tragerea burlanului pe jilip cu ajutorul unui elevator de tras burlane pentru a fi icircnşurubat icircn

coloana susţinută icircn broasca cu pene

50

Fig 343 Varianta de elevator (cu pene) (cu inel ridicător) a broaştei-elevator cu pene cu două semicorpuri care este susţinută icircn ochiurile inferioare ale chiolbaşilor (11) icircn timpul introducerii coloanei de burlane (12) icircn puţul care se tubează 1 ndash corp carcasă 2 ndash umăr 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă de siguranţă 5 ndash corp de pană 6 ndash bacuri 7 ndash pacirclnie de ghidare 8 ndash cadru ridicător 9 ndash icircmpingătoare 10 ndash mecanism cu pacircrghii de ridicare

Din punct de vedere funcţional se deosebesc tipurile bull broască cu pene (BP) bull elevator cu pene (ElP)

Fig344 Broasca-elevator cu pene

51

In figura 344 este reprezentata Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane (broasca cu pene icircn partea de sus stanga elevatorul cu pene icircn partea dreapta şi vedere de sus a elevatorului cu pene icircn partea de jos) 1ndash corp 2ndash umăr braţ superior 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă (siguranţă pentru chiolbaşi) 5 ndash poartă uşă 6 ndash pene 7 ndash bacuri 8 ndash placă de sprijin (pe masa rotativă) 9 ndash guler de protecţie şi ghidare 10 ndash pacirclnie de ghidare HB ndash icircnălţimea broaştei cu pene HE ndash icircnălţimea elevatorului cu pene l ndash lăţimea broaştei-elevator

Alegerea elevatorului cu pene se face din conditiile urmatoare

FPgtFCBM

(341)

unde

FPleFBminusEl PCB

(342)

Studiind oferta companiei STEROM SA Cacircmpina conform ([1] cap 8 tab88) se alege un elevator cu pene de tipul

B-ElPCB 4frac12 ndash 13⅜ in x 350 ts (9⅝ x 275 ts x 8⅝) (ndash 45ordmC)

icircnseamnă broască-elevator destinată utilizării pentru burlane cu diametrul nominal cuprins

icircntre 4frac12 in şi 13⅜ in (inclusiv) cu sarcina nominală (sarcina maximă de lucru) de 350 ts (320tf)

echipată cu pene set de pene de 958 in cu sarcina nominală (maximă de lucru) de 275 ts (250 tf)

icircn care sunt montate bacuri de 858 in adică această broască-elevator este echipată pentru susţinerea

unei CB de 858 care determină icircn timpul manevrei ei o sarcină maximă la cacircrlig de cel mult 275ts

(250 tf) Ea este executată să lucreze icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash 45 ordmC

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

21t∙981ms2 =20601kN

35 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatorul pentru prăjini de foraj (ElPF) (bdquodrill pipe elevatorrdquo icircn lb en) este o sculă de

manevră care se foloseşte pentru susţinerea garniturii de foraj (GarF) icircn timpul extragerii şi

introducerii ei icircn sondă El prinde sub mufa PF şi este agăţat prin umerii săi icircn ochiurile

inferioare ale chiolbaşilor

ElPF se compune din

52

ndash două corpuri articulate care se icircnchid pe PF prevăzute cu cacircte un umăr cu care se suspendă icircn

ochiurile inferioare (mici) ale chiolbaşilor

ndash icircnchizatorul celor două corpuri

ndash eclise cu bolţuri prinse icircn umeri pentru asigurarea contra ieşirii chiolbaşilor

Elevatoarele se deosebesc prin forma lor modul de icircnchidere a celor două corpuri şi forma

suprafeţei de rezemare a prăjinilor

Din punctul de vedere al icircnchiderii se diferenţiază

ndash ElPF cu icircnchidere centrală (ElPFIcircC)

ndash ElPF cu icircnchidere laterală (ElPFIcircL)

După forma suprafeţei de sprijin al PF se disting

ndash ElPF cu scaun drept (ELPFSD) deci cu suprafaţă de rezemare dreaptă folosite pentru

manevrarea prăjinilor de foraj cu racorduri speciale sudate cu umăr drept (RSSUD) sau cu

racorduri icircnfiletate [1]

Fig 351 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun conic

ndash ElPF cu scaun conic (ElPFSC) care dispun de o suprafaţă de rezemare interioară tronconică cu unghiul de icircnchidere standardizat de 18deg ca şi mufele racordurilor speciale sudate cu umăr conic (RSSUC)

53

Fig 352 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun dreptElevatoarele sunt tipizate prescripţiile generale fiind prevăzute de API Spec 8A [85] şi

Spec 8C [86] Icircn fig 88 este reprezentat un ElPF cu scaun conic iar icircn fig 89 un ElPF cu scaun

drept

In figura 34 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic

Fig 34 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Alegerea elevatorului pentru prajini se face in functie de tipul prajinilor de foraj

1 Daca prajinile sunt cu recorduri speciale infiletate atunci cu scaun drept

2 Daca prajinile sunt cu racorduri speciale sudate atunci cu scaun conic

La alegerea elevatorului trebuie indeplinita conditia

FElgtFGar FMn

(sarcina normala utila de la carlig) (351)

icircn care FGar FM

este sarcina maximă care apare icircn timpul manevrării garniturii pacircnă la adacircncimea

maximă de foraj a puţului respectiv

54

Pentru că prăjinile de foraj sunt cu RSSUC si FGar FM

=122863kN conform tabelului 85

[1] cap 8 se alege un elevator cu scaun conic cu urmatoarea nominalizare

Elevator cu scaun conic 4frac12 x 1214 x 250 adica

elevator cu scaun conic cu dimensiunea nominală de 4frac12 ( pentru prăjini de foraj cu

RSSUC cu diametrul nominal de 4frac12 DPF = 4frac12) cu diametrul interior de 1214 mm (ceea ce

icircnseamnă că se utilizează pentru prăjini cu capetele fie cu II fie cu IEI (conform tabelului 85 cap

8) şi cu sarcina maximă de lucru de 250 tf cu masa mEl=1828kg conform NR 05-1018R STEROM

SA

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

ELpF= mEl middot g (253)

GEl = 1828 kg middot 981 ms2 = 18 kN

36Alegerea chiolbasilor

Chiolbaşii (Ch) (bdquothe drilling linksrdquo bdquoelevator linksrdquo icircn lb en) denumiţi şi bdquobraţele de

elevatorrdquo sunt scule de foraj care fac legătura icircntre cacircrlig şi elevator fiind utilizaţi icircn timpul

manevrei garniturii de foraj (GarF) şi coloanelor de burlane (CB)

Ei se agaţă cu ochiurile superioare de umerii cacircrligului şi susţin cu ochiurile lor inferioare

elevatorul prin umerii acestuia (vezi fig 361) Astfel sarcina datorată GarF sau CB este

preluată prin intermediul elevatorului de către Ch care o transmit cacircrligului [1]

55

Fig 361 Ansamblul format din macara-cacircrlig chiolbaşi şi elevator icircncare este susţinută garnitura de foraj icircn timpul manevrei acesteia

Din punct de vedere al sarcinii de lucru exista 3 tipuri de chiolbasi

1 Usor (sarcini mici)

2 Mediu (sarcini medii)

3 Greu (sarcini mari)

Tipul usor are forma de za alungita iar cel mediu si greu ndash de bara prevazuta la ambele capete cu

ochiuri

Chiolbasii se executa prin forjare in matrita dintr-o singura bucata de otel slab aliat de

constructii pentru a se asigura o rezistenta mare atat prin fibrajul obtinut prin procedeul tehnologic

respective cat si prin compozitie si prin TT folosit

Fig 362 Diferite tipuri de chiolbaşi

Alegerea chiolbasilor se face in functie de sarcina de lucru si de lungimea nominala

Fig 363 Tipurile de chiolbaşi şi dimensiunile lor principale a ndash chiolbaş de tipul uşor b ndash chiolbaş de tipul mediu c ndash chiolbaş de tipul greu C2 ndash raza de curbură interioară a ochiului superior G1 ndash raza de curbură interioară a ochiului

56

inferior D2 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului superior cu umărul cacircrligului H1 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului inferior cu umărul elevatorului d d1 ndash diametrul barei L ndash lungimea de lucru (dintre

punctele de sprijin pe umărul cacircrligului şi pe umărul elevatorului)

Conform normelor prevazute pentru F200-2DH se aleg chiolbasi de tip greu serie Chiolbaşi 69 x 2100 x 320

Gama de sarcini Fch = 320 tf perDimensiuni principale- d1 = 85 mm- C2 = 108 mm

- G1 =70 mm- D2 = 34 mm - H1 = 345 mm- Lungimea totala Lch = 2100 mm- Masa netă informativă mch = 247 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (36)

GCh = 247 kg middot 981 ms2 = 243 kN

37Alegerea cablului de manevra

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

1 la manevră cablul de manevră sau de foraj

2 la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcărit

3 la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancoră

4 pentru rabaterea turlei cablul de praştie

5 la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electrici

Cablurile 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

57

1 de acelaşi diametru 5 la fire2 de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 371)

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

Fig 371 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

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

1 organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)

2 metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)

3 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 ]

58

Fig 372 Cablarea a ndash icircnfăşurarea spre dreapta b ndash icircnfăşurarea spre stacircngac ndash cablarea icircn cruce stacircnga (ZS) d ndash cablarea icircn cruce dreapta (SZ)e ndash cablarea paralelă dreapta (ZZ) f ndash cablarea paralelă stacircnga (SS)

Alegerea cablului se face pe baza sarcinii sale reale minime de rupere (Srm) astfel icircncacirct să fie satisfăcută condiţia de rezistenţă (vezi [1])

Srm gecM middot FM (37)

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

CM - coeficientul de siguranţă pentru operatiile de tubare si instrumentatie care se accepta egal cu

valoarea 2 conform API Spec9B iar FM ste forta maxima din RA a infasurarii cablului Ea se

determina cu expresia[1]

(372)

in care FM este forta totala care actioneaza asupra ramurilor din cablu z ndash nr de role de la macaraηMminusG - randamentul masinii macara-geamblac la ridicareRandamentul masinii macara-geamblac la ridicare se obtine cu relatia (cf[1])

ηMminusG=β2 ∙Zminus1

2 ∙ Z ∙ β2 ∙Z ∙ ( βminus1 ) (373)

unde β este inversul randamentului unei role

β= 1ηRo

(374)

pentru care se admite valoarea β =104 conform API iar ηRo =096 (API) randament role

59

FM=FM

2sdotzsdotηM minusG

Conform tipului de ansamblu MC ales z =5 Atunci rezultă

ηMminusG =

1 04225minus12sdot5sdot1 042sdot5 (1 04minus1 )

=0 811

Forţa F M se calculează cu expresia (conform [1])

FM =F M +GoTsdot(1+

ac(M )

g )

(375)

unde FM

este sarcina maxima utila la carlig GoT - greutatea moarta la tubare g- acceleratia

gravitationala g= 981 ms2 ac(M )

- acceleratia miscarii carligului are valori cuprinse in domeniul

[0515]∙ ms2

Greutatea moartă la tubare se determină ţinacircnd cont de greutatea elementelor ansamblului

MC a chiolbaşilor (Ch) a elevatorului cu pene (ElP) şi a ramurilor de cablu dintre macara şi

geamblac

GoT =

GMC+G ch+GEl P+GCM

(376)

Deoarece la acest moment nu se cunoaşte tipodimensiunea cablului şi ca urmare masa sa unitară se face aproximaţia

GoT iquestGMC+G ch+GEl P (377)

rezulta

GOT=8446 kN+243kN+20601 kN=1075 kN

Ştiind tipul IF se determină

FM

=200tf= 200∙981 =1962kNSe accepta

ac(M )=1 m s2

si se obtine

FM =1962 kN+107 5 kNsdot(1+ 19 81 )=2080 46 kN

60

Se calculeaza

F =

2080 46 kN2sdot5sdot0 811

=256 531 kN

Se determină sarcina reală minimă de rupere necesară a cablului cu formula

Srmnec gecM middot FM (378)

c M=2 ( conform API) si rezulta

Srmnec =2∙256531kN=513062kN

Se alege un cablu Seale cu o măsură a lui Srm astfel icircncacirct să fie icircndeplinită condiţia următoare

Sr mgtSr m nec

(379)

Ca urmare din [1] tabelul 52 se constată că se poate alege

Cablu Seale 6x19-32-1570 SZ STAS1689-80

caracterizat prin

nT=6 nr toroane

n f=19=1+9+9 nr fire din fiecare torondc=32 mm diametrul nominalRm=1570 MPa rezistenta minima de rupere a sarmelorSr m=531 32 kN sarcina reala minima de rupered0=3 mm diametrul sarmelor centraled1=1 45 mm diametrul sarmelor intermediared2=26 mm diametrul sarmelor exterioarem1 C=3 89 kg m masa unitara

Tipul cablării cruce dreapta (SZ) adică sensul de icircnfăşurare a firelor icircn toron este spre stanga(S) iar sensul de icircnfăşurare a toroanelor icircn cablu este spre dreapta (Z)Sr m=531 32gtSr nec=513 062 kN

Deci conditiaSr mgtSr nec este satisfacuta

Se reia calculul pentru verificare

61

Trebuie sa recalculam FM tinand cont si de greutatea cablului GCM

GCM =2sdotzsdotlr CM(M ) sdotqc (3710)

qc - greutatea unitara a cabluluiqc =m1 Csdotg (3711)

qc =3 89 kg msdot9 81 m s2=38 161 N mlr CM(M ) =(15 m+lp )+sminuslb (3712)

lr CM(M )

=(15 m+27 m)+65 mminus9 m=26 m

in care s=65m ndash spatiu de siguranta lb=9m lungimea unui burlanlp=27m lungimea pasului

GCM=2sdot5sdot26 msdot38 161 N m=9 922 kN

GoT=107 5 kN+9 922kN=117 422kN

Pentru IF F200-2DH vom avea

F =

2091 413 kN2sdot5sdot0 811

=257 88 kN

c M=Sr m

F c M=531 32kN

257 88 kN=2 06gtc=2

Tabelul 375 Parametrii caracteristici ai cablurilor Seale 6 x 19 conform STAS 1689-80

38 Alegerea troliului de foraj

62

FN=200sdot9 81kN+117 442kN (1+ 19 81

)=2091 413kN

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

M i RS L=53 69 kNm

FtRSL = 4 664 kN (forţa de tracţiune limită dpdv al curgerii materialului RSS)

- momentul de insurubare recomandatM i r=27 3 kNm

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)

Se obtine

APF=π4sdot(114 32 mmminus92 462 mm)=3547 mm2

Se determina modulul de rezistenta polar al sectiunii transversale a corpului PF cu formula

W p=I p

DPF

2

(162)

unde I p este momentul geometric polar al sectiunii transversale a corpului PF

I p=π32

∙( DPF4 minusDPFi

4 )= π32

∙ DPF4 ∙[1minus( DPFi

DPF)

4] (163)

I p=π

32sdot114 34 mmsdot[1minus(925 mm

114 3 mm )4 ]=9569240 653 mm4=956 924 mm3

deci

W p=π

16sdotDPF

3 sdot[1minus( DPF i

DPF)

4]

(164)

Rezulta

W p=π

16sdot114 33sdot[1minus(92 5

114 3 )4]=167658 175 mm3

Calculul tensiunii de tractiune

σ tcl=F tcl

APF

(165)

26

σ tcl=1834 kN

3547 mm2 =1834 ∙ 103 N3547 mm2 =517056 ∙106 Pa

Aceasta tensiune arata limita de curgere minima conform tabelului cu caracteristicile

mecanice ale prajinilor de foraj pentru clasa de rezistenta E75 (vezi aplicatia 6) Limita de curgere

trebuie sa se situeze in intervalul 517hellip724 In cazul nostrum limita este 517 MPa care se

incadreaza intre valorile recomandate

-calculul tensiunii tangentiale τ=G∙θ ∙ r (166)

θ=M t

G ∙ I p

(16 7)

Unde G este modulul de elasticitate transversal al materialului din care se confectioneaza PFPentru otel G= 81010 Paθ- torsiunea specificar- raza punctului considerat din sectiunea transversala a corpului PF

θ= 5003∙ 103 Nm8 ∙ 1010 N m2 ∙ 0956∙ 10minus5m4 =653 ∙ 10minus2 1

m

τ=8 ∙1010 N

m2∙ 653 ∙ 10minus2 mminus1∙ 5785∙ 10minus2m=29855106

N

m2

Aceasta tensiune reprezinta tensiunea tangentiala de curgere

Lungimea ansamblului superior utilizat pentru forajul putului de exploatare se determina cu

expresia

LAn S=H MminusLAn PG (168) LAn S=3500 mminus162 m=3338 m

Se calculeaza numarul de PF

nPF=

LAn S

lPF (169)Considerand ca lungimea unei prajini este cea normala adica 9m se obtine

nPF=3338

9=37088

Se alege nPF=371 si se recalculeaza lungimea AnS

LAnS=371∙9m=3339 m

27

17Alegerea 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

garnitura stanga) [1]

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 masa rotativă 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 (658 REG) in timpul forajului după tubarea unei coloane de burlane prăjina

de antrenare trebuie uneori schimbată ndash diametrul cepului 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 de lucru 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 [1]

28

Fig 171 Prăjina de antrenare forjată a ndash pătrată b ndash hexagonală

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

Alegerea 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-cep

Se prefera alegerea unei prajini de antrenare forjate deoarece nu necesita reductii de legatura

proprii asa cum este cazul prajinii laminate

29

Fig172 Reducţii de legătură icircntre prăjina de antrenare (PA) şi racordul special (RS) denumite RLRS a ndash

reducţie dreaptă (pentru icircmbinări filetate cu aceleaşi dimensiuni) b ndash reducţie icircn trepte (pentru icircmbinări filetate cu

dimensiuni diferite)

Se alege o prajina de antrenare forjata patrata avand elementul de imbinare superioara de

tipul mufa cu filet stanga de tipul 658 REG pentru asamblarea cu reductie cap hidraulic(RLCH)

Pentru ansamblul superior al garniturii de foraj s-a stabilit ca se iau prajini de foraj de 4 12 in cu

racorduri speciale sudare(RSS) cu IEI si tipodimensiunea IFU NC 46

Ca urmare conform tabelului 1 aplicatia 7 se alege prajina de antrenare in varianta

constructiva 1(standard) cu dimensiunea nominala de 4 frac14 in Se foloseste o RLPA dreapta de

tipul mufa(NC46)-cep(NC46) ca in figura 172 a

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 infDPA

mm(in)DPAi mm

a mm

lPA m

mPAkg

1cep

6 58 REGmufăNC46

mufă6 58

REG

cepNC46

A (dreapta) NC46-NC46

108(4 14)

714 108 12192 800

30

18 Alegerea tipului de instalatie de foraj

Instalaţia de foraj reprezintă totalitatea maşinilor utilajelor si instalaţiilor necesare săpării unei sonde

Studiul pe sisteme al instalaţiilor de foraj corespunde principalelor operaţii care se efectuează

pentru forarea unei sonde precum si principalelor grupe de maşini si utilaje care intra in

componenta acestor instalaţii

Sistemele de lucru ale unei instalaţii de foraj sunt

1 Sistemul de manevra mdash SM- cu ajutorul căruia se realizează ridicarea si coboracircrea

sarcinilor

2 Sistemul de circulaţie - SC - care asigura circulaţia fluidului de foraj

3 Sistemul de rotire - SR - care realizează rotirea garniturii de prăjini in timpul forajului

In cazul instalaţiilor de foraj transportabile apare si sistemul de transport

Pentru asigurarea condiţiilor de funcţionare a sistemelor de lucru instalaţia de foraj mai

cuprinde sistemul de comenzi instalaţia de preparare si curăţare a fluidului de foraj dispozitive

de mecanizare si automatizare ansamblul de scule materialul tubular [1]

Alegerea instalaţiei de foraj se face pe baza sarcinii maxime utile (sarcinii maxime de lucru) FM (V APLICATIA 9)

In aplicatiile anterioare s-au determinat greutatile fiecarei coloane de burlane si anume

GCI(I)= 1413516 kN GCE= 722187kN

Rezulta ca cea mai grea CB GCBM=max GCI(I) GCE=1413516 kN

S-au ales pentru forajul putului de exploatare prajini grele cu DPG=6 in=1524 mm

DPGi=2 1316 in= 715 mm m1PG = 1115 kgm qPG=1094kNm LAnPG=135 m

Se determina greutatea AnPG

GAn PG=qPGsdotL An PG

(181)

si se obtine

GAnPG=1094kNm135m=14769kN

Greutatea unitara a PFse calculeaza folosind formula

qPF=m1 PFsdotg (182)

qPF=33kgm

sdot9 81m

s2=323 73

Nm

31

Greutatea AnS va fi

GAn S=qPFsdotLAn S (183)

GAn S=323 73Nm

sdot3 339sdot103 m=1080 934kN

Greutatea GarF se obtine insumand greutatea AnPG si greutatea AnS

GGar F=GAn PG+GAn S (184)

Se obtine

GGar F=147 69 kN+1080 934 kN=1228 624 kN

Se considera ca cea mai grea GarF este garnitura utilizata pentru forajul putului de exploatare

GGar F M=1228 624 kN

Alegerea IF se face pe baza sarcinii nominale de la carlig si a tipului de actionare

FM =max FM T FM D (185)

Sarcina maxima utila de tubare se calculeaza cu formula[1]

FM T

=GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+(1+kmf( M ) )sdot

ac

( M )

g ] (186)

in care

k r(M )estecoeficientul fortei de frecare la ridicarea coloanei de burlane intre peretele putului si

fluidul de foraj k mf(M )minusiquestcoeficientul de masa al fluidului de foraj din interiorul coloanei aderent la

coloana ac(M )- acceleratia miscarii carligului in cazul ridicarii sarcinii normale

kDij- coeficientul diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

ρ0 ndashdensitatea otelului din care sunt confectionate burlanele

ρf -densitatea fluidului de foraj

Coloana fiind considerată plină cu fluid de foraj cu aceeaşi măsură a densităţii ca şi aceea

din interiorul puţului forat coeficientul k mf(M ) se determină cu formula [1]

k m f=ρf

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1] (187)

unde DCB este diametrul nominal al CB GCBM ndash greutatea celei mai grele coloane de burlane Sfa- grosimea startului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al coloanei de burlane

32

LCB ndash lungimea CB lj ndash lungimea tronsonului de ordinul j kDij ndash coef diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

K Dij=Dibj

DCB

(188)

Pentru CI(I) de 858in vom avea

DCI(I)=858in= 2191 mmntCI(I)=6

sB jisin 10 16 10 16 8 94 10 16 10 16 11 43 mmDi B jisin 198 8 198 8 2012 198 8198 8 196 8 mm

k Di jisin 0 907 0 907 0 918 0 907 0 907 0 898 l jisin 255 325 460 520 395 705 m

LCI(I)=HCI(I)=2660m

=125tm3

sf a=0 653 mm grosimea stratului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al CB

iquestsumj=1

6

(1minusk Di j2 )sdotl j=

(1-09072)sdot255+(1minus09072 )sdot325+(1-09182 )sdot460+ (1minus09072 )sdot52 0++ (1-09072)sdot39 5+(1minus0 8982)sdot705=473 972 m

Se admite

k r(M )=02

si ac

(lt M )=1 ms2 Se obţine

Sarcina maxima utila la tubare

FM T =1413 516 kN sdot[(1minus1 25 t m3

7 85 t m3 )sdot(1+02 )+ (1+0 745 )sdot 19 81 ]=1677 556 kN

Sarcina maxima utila de degajare a celei mai grele garnituri de foraj se determina cu relatia[1]

FM D =GGar F Msdot(1minus ρ f

ρo)+FD M

FD M este forta de degajare maxima FD M =300kN

33

k m f(M )=

ρ f

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

5

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1]=

Măsura lui FDM se apreciază icircn funcţie de măsura lui HM conform tabelului 1 aplicatia 9

FM D =1228 624 kNsdot(1minus1 25 t m3

7 85 t m3)+300 kN=1332 983

kN

Conform rezultatelor de mai sus se obtineFM

=max 1677 556 1332983 kN=1677 556 kN 9 81≃171 0047 tf

Ca urmare se poate alege o IF transportabilă pe cale terestră pe subansamble (SAn) din clasa F 200 (vezi [1])

Tipul acţionării se alege icircn funcţie de posibilitatea de alimentare cu energie electrică a IF icircn

zona de amplasare de instalaţiile aflate icircn dotarea firmei de foraj şi de costul comparativ al

combustibilului şi al energiei electrice din perioada cacircnd o să lucreze instalaţia icircn situaţia icircn care

firma dispune de instalaţii cu acţionări neautonome sau autonome

Se admite că situaţia din zona de amplasament a IF impune o acţionare de tipul DH Avacircnd

icircn vedere acest lucru rezultă că se poate alege o IF de tipul

F-200-2DH (T(SAn))

19 Concluzii

Pe baza datelor luate din materialul didactic si standardele nationale cat si internationale s-a

facut un calcul teoretic de alegere al instalatiei de foraj Luand in consideratie ca mediul real poate

aduce un aport negativ asupra calculelor teoretice in rezultatele prezentate mai sus s-au luat niste

coeficienti de siguranta care sa acopere riscurile posibile totodata s-a constatat ca desi pentru

Sonda 7 Pacurari este necesara o instalatie mai mica decat cea aleasa am fost nevoit sa aleg anume

F200-2DH deoarece conditiile tehnico-economice presupun utilizarea tipului utilajului folosit deja

in industria petroliera si standardizat conform normelor STAS si API

2 PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

21 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

34

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

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 arborele 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 [1]

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 MBM 820 cu supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului DH de tipul GF-820+CHC-750-2 sunt

prezentate icircn fig 21 Se analizează dependenţele funcţionale reprezentate de aceste curbe (vezi

aplicatia 13)

35

Fig 2 1 Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului de acţionare de tipul DHformat din GF 820 şi CHC-750-2 pentru reglarea motorului diesel la sarcină plină

şi funcţionarea lui cu gradul maxim de accelerare (la care puterea maximă amotorului este puterea nominală Pn) şi funcţionarea lui cu gradul maxim deaccelerare MI MII ndash momentul dezvoltat la arborele primar (I) respectiv laarborele secundar (II) al CHC ωI ωII ndash viteza unghiulară PI PII ndash puterea

ηCHC ndash randamentul CHC

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (210)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (211)

Tabel 311 Parametrii functionali ai grupului de actionare GF-820 + CHC-750-2

36

Fig 211 Curba caracteristica exterioara a CHC este o caracteristica flexibila cresterea momentului rezistent este

preluata de CHC prin reducerea importanta a vitezei unghiulare a arborelui secundar

Din aceste grafice se deduce ca pentru ηm= 07 DEF al CHC-750-2 reprezentat prin ηCH ϵ

[0700 0847] nII ϵ [275 950] rotmin MII ϵ [14730 4000] kNm

Din datele obinute rezulta avantajele utilizarii CHC in cadrul GA de tipul DH

1 CHC lucreaza ca un variator continuu de viteza adica ωII se modifica automat si continuu odata cu variatia momentului rezistent aplicat arborelui secundar astfel se spune ca CHC isi regleaza regimul de functionare deci CHC permite o autoadaptare a GA la sarcina

2 Utilizarea CHC simplifica lantul cinematic al IF37

3 CHC protejeaza motorul Diesel impotriva suprasarcinilor si a socurilor transmise de la antorul sistemului de lucruinclusive in situatia blocarii secundarului

Fig 212 Curbele caracteristice pentru sarcina plina ale motorului MBM-820 si curba puterii in functie de sarcina plina a aceluiasi motor

22 Alegerea modului de acţionare

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

38

Instalaţiie 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[1]

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

39

Fig 221 Schema structural-functionala a unei instalatii de foraj cu mod de actionare centralizatin varianta MAC2 cu

actionare DH

S-a ales varianta MAC2 in care PN este actionata separat formand impreuna cu GA si transmisiile mecanice respective un grup motopompa (GMP) dupa cum TA este DH vezi 1[1])

23 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

1 pompe centrifuge pentru hidrocicloane2 site vibratoare 3 agitatoare4 pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de foraj5 pompe centrifuge pentru apa6 pompe centrifuge pentru chimicale7 pompe pentru reziduuri8 pompe pentru combustibil9 comanda hidraulica a prevenitoarelor10 instalaţie pentru uscarea aerului11 agregate pentru icircncălzire12 maşini-unelte13 agregat pentru sudura

40

14 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

Tabel 231 Consumatorii auxiliari de forta utilizati in cadrul IF de tipul F200-2DH si puterea lor

NrCrt

Denumirea consumatorilor Puterea motorului

kW

NrmotoarePuterea totala

kW

A Instalatia de foraj propriu-zisa

1 Site virbatoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 10 75

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa racire troliu 75 1 75

5 Pompa apa racire frina hidraulica 75 1 75

6 Pompe instalatie amestec chimicale 3 2 6

7 Pompe combustibil 3 2 6

8 Pompe ulei 15 1 15

9 Pompe de preparare a fluidului de foraj 75 2 150

10 Pompa baterie denisipare 55 1 55

11 Pompa baterie desmiluire 50 1 50

12 Instalatie degazeificare 5 1 5

13 Degazeificator 30 1 30

14 Instalatie de preparare centrifuga 20 3 60

15 Instalatie transport material pulverulent 4 1 4

16 Dispozitiv salvare garnitura 20 1 20

17 Dispozitiv strins-slabit 11 1 11

18 Dispozitiv manevra prajini grele 75 1 75

19 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

20 Pod tubaj reglabil 75 1 75

21 Instalatie comanda prevenitoare 11 1 11

41

22 Instalatie de uscare aer 15 1 15

23 Instalatie iluminat normal 18 1 18

24 Instalatie iluminat siguranta 08 1 08

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

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

PCsAF = 5928 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

24 Calculul puterii instalate

Puterea instalata a IF (Prsquo) reprezinta puterea motoarelor utilizate pentru actionarea

antoarelor principale a celor auxiliare si pentru actionarea celorlalte utilaje si instalatii folosite

pentru executarea diverselor operatii auxiliare

Prsquo = P + PCsAF (241)

P = n Pn (242)

Pn-Puterea nominala a motorului MB820 Pn= 655 kW

n-numarul de motoare folosite

P = (2+2) ∙ PnP = (2 + 2) 655kW = 2620 kW

Prsquo= 2620 kW + 5928 kW = 32128 kW

25 ConcluziiIn capitolul 2 s-au ales grupurile de actionare Alegerea s-a facut pe baza analizei

parametrilor motoarelor si caracteristicile acestora s-a evidentiat modul de utilizare al acestor

grupuri de actionare astfel incat sa fie satisfacute conditiile de tehnologicitate si economicitate

Acest lucru s-a facut pentru a obtine niste parametri de lucru cat se poate eficienti si economici

deoarece in cazul neindeplinirii uneia din conditii se pot intampla atat stagnari ale procesului

normal de foraj (uneori poate chiar si cu consecinte catastrofale) cat si pierderi financiare mari

42

3 ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ SI PREZENTAREA PARAMETRILOR SI CARACTERISTICILOR LOR

31Alegerea capului hidraulic

Fig31 Secţiune prin CH (reprezentare schematică (a) şi reprezentare constructivă (b))1 ndash corp (oală) 2 ndash bolţ 3 ndash toartă (biglu) 4 10 ndash rulment cu role cilindrice (de ghidare) 5 11 ndash garnituri de

etanşare 6 ndash rulment axial principal cu role conice 7 ndash fus 8 ndash reducţie 9 ndash rulment axial secundar cu bile 12 ndash felinar (capac) 13 ndash lulea 14 ndash piuliţă inferioară 15 ndash ţeavă de spălare 16 ndash cutie de etanşare 17 ndash etanşarea icircntre

partea superioară a ţevii de spălare şi lulea 18 ndash piuliţă superioară 19 ndash şuruburi de fixare

Capul hidraulic [1] (CH) este un utilaj care face parte din ansamblul de antrenare a GarF

El reprezinta nodul de legatura intre cele trei echipamente principale (EqPr) ale IF echipamentul

de circulatie (EqC) echipamentul de rotatie (EqR) si de manevra (EqM)

CH este suspendat in ciocul cirligului triplex cu ajutorul toartei sale La randul sau CH sustine

garnitura de foraj prin intermediul reductiei de legatura si al prajinii de antrenare De luleaua CH

se monteaza furtunul de noroi

43

Ca urmare functiunile CH sunt

1 Sustinerea GarF in timpul forajului

2 Permiterea rotatiei GarF

3 Conducerea fluidului de forajsub presiunede la FN la PA prin lulea teava de spalare

fus si RLCHin cazul circulatiei directe

Marimile fizice principale ale CH1 marimile functionale

- sarcina de lucru maxima

- turatia maxima a fusului

- presiunea maxima a fluidului de foraj

2 marimile dimensional-constructive

- diametrul interior al tevii de spalare

- tipo-dimensiulnile de legatura

3 marimile de anduranta

- sarcina limitacapacitatea in functie de rulmentul principal

- durabilitatea rulmentului principal

- durabilitatea etansarii tevii de spalare

Fig 31 Capul hidraulic (CH) montat icircn ciocul cacircrligului icircn timpul forajului

Alegerea capului hidraulic se face pe baza sarcinii maxime de lucru (FCH M

) si trebuie sa echipeze instalatia de foraj F200-2DH [1]

44

FCH M

geF M

(31)

FM =200 tf

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

(32)

Capetele hidraulice construite icircn Romacircnia sunt tipizate conform SR 5736 [66] care este

elaborat icircn concordanţă cu API Spec 8A [67] şi API Spec 8C [68]

Din tab 62 Cap 6 6 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH ndash 320 (ndash40degC) SR 5736

necesar instalaţiei de foraj alese F200

CHndash320 (ndash40degC) SR 5736 este un cap hidraulic echipat cu rulment axial-oscilant cu role

butoi cu sarcina maximă de lucru de 320tf care lucrează icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash

40degC

Conform SR 5736 acest tip de CH se caracterizează şi prin

Sarcina limită sau capacitatea maximă icircn funcţie de rulmentul principal FRLCH=147tf

pM = 35MPa nM = 300 rotmin di = 762 mm LP 4 (filetul de legătură al lulelei cu FF) 6⅝

REG LH (filetul de legătură cu RLCH)

32Alegerea ansamblului macara carlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 32 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]

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia [1]

FMC ge FCM (321)

Din tab32 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32-1250 MC -300 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii

45

Tabel 31 Caracteristicile Ansamblului Macara-Carlig

Tabelul 32 Tipurile de macarale-cacircrlig construite icircn Romacircnia şi caracteristicile lor (cf [69])

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (32)

GMC =8610t middot 981 ms2 = 84464 kN

46

UnMas F200Denumire 5-32MC-300

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300

Nr Roti manevra - 5

Diam cablului mm 32

Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140

Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in f-ie de rulmenti US tonf 347

Masa t 8610

Fig 32 Construcţia ansamblului-cacircrlig mono-bloc 1 ndash cacircrlig triplex 2 ndash bolţ 3 ndash pahar şi rulment axial 4 ndash tijă 5ndash piston 6 ndash arcuri de destindere 7 ndash piesă de legătură icircntre ansamblul cacircrligului şi macara 8 ndash axul macaralei 9 ndash role 10 ndash rulmenţii macaralei 11 ndash plăci laterale

33Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul de foraj reprezinta partea fixa a masinii macara-geamblac Se monteaza in

grupul mastului pe grinzi numite coroana geamblacului Este format dintr-un ax pe care se

monteaza un anumit numar de role (z+1) prin intermediul unor rulmenti Fiecare rola se misca

independent de celelalte (z-numarul de role de la macara) [1]

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

-geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţie romacircnească Avantajul acestui tip

constructiv este acela că este o construcţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

- 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

47

c geamblacul de foraj din două blocuri

- geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se pot roti şi interschimba asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

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

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

a geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

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

b geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

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 ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia [1]

Fig 331 Geamblac cu o roata separata

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 332

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

Alegerea geamblacului de foraj se face in functie de sarcina de lucru maxima de diametrul cablului utilizat de tipul cablului de manevra de tipul macaralei respectiv de tipul ansamblului macara-carlig

48

Pentru instalatia F200-2DH se alege unul din geamblacurile tipizate care sa indeplineasca cerintele impuse

Fig 33 2Geamblac monobloc 1 ndash suport (prin care GF se montează prin şuruburi de coroană ramă) 2ndash ax 3 ndash rolă roată 4 ndash rulment radial-axial cu role conice pe două racircnduri 5 ndash disc distanţier 6 ndash bucşă distanţieră 7 ndash ungător cu bilă (folosit pentru ungerea consistentă a rulmenţilor) (canalele de ungere sunt practicate icircn plan orizontal) 8 ndash placă de presare 9 ndash apărătoare

Pentru instalatia de foraj F 200 se va folosi un geamblac A 6 -32-1250GF-300 (-400C)(vezi [1] cap 54 tab56)adica geamblac de foraj cu 6 roţi role pe ax cu diametrul cablului de manevră de 32 mm

diametrul exterior al rolei de 1250 mm sarcina maximă de lucru 300tfşi temperatura de lucru de ndash

40degC Din tabelul 56 Cap 5 [1]se observă că acest tip de geamblac face parte din clasa

echipamentului (de manevră) 450

Tabel 33 Caracteristicile GeamblaculuiUnMas

Denumire 6-32GF-300Sarcina maxima la coroana geamblacului tf 400

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300Nr Roti manevra - 6

Diam cablului mm 32Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in functie de rulmenti US tonf 416Masa t 28

49

34Alegerea elevatorului 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

Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane de tubare (B-ElPCB) (bdquocasing slip

elevator-spiderrdquo icircn lb en) este o sculă de manevră care se foloseşte icircn timpul tubării puţurilor

atacirct pentru susţinerea coloanei de burlane (CB) ca broască cu pene aşezată pe masa rotativă

(MR) cacirct şi pentru săltarea din penele broaştei şi introducerea coloanei icircn puţ ca elevator (cu

pene) Deci aceste scule se folosesc icircn pereche icircn timpul tubării puţurilor una aşezată pe MR

susţine CB prin icircmpănare icircndeplinind funcţia de broască cu pene (vezi fig 341) iar cealaltă

care este susţinută icircn chiolbaşi avacircnd rolul de elevator (cu pene) se prinde tot prin icircmpănare pe

burlanul care s-a adăugat prin icircnşurubare la coloană saltă CB din broasca cu pene şi o susţine icircn

timpul introducerii ei icircn sondă (vezi fig 342)

Fig 342 Tragerea burlanului pe jilip cu ajutorul unui elevator de tras burlane pentru a fi icircnşurubat icircn

coloana susţinută icircn broasca cu pene

50

Fig 343 Varianta de elevator (cu pene) (cu inel ridicător) a broaştei-elevator cu pene cu două semicorpuri care este susţinută icircn ochiurile inferioare ale chiolbaşilor (11) icircn timpul introducerii coloanei de burlane (12) icircn puţul care se tubează 1 ndash corp carcasă 2 ndash umăr 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă de siguranţă 5 ndash corp de pană 6 ndash bacuri 7 ndash pacirclnie de ghidare 8 ndash cadru ridicător 9 ndash icircmpingătoare 10 ndash mecanism cu pacircrghii de ridicare

Din punct de vedere funcţional se deosebesc tipurile bull broască cu pene (BP) bull elevator cu pene (ElP)

Fig344 Broasca-elevator cu pene

51

In figura 344 este reprezentata Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane (broasca cu pene icircn partea de sus stanga elevatorul cu pene icircn partea dreapta şi vedere de sus a elevatorului cu pene icircn partea de jos) 1ndash corp 2ndash umăr braţ superior 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă (siguranţă pentru chiolbaşi) 5 ndash poartă uşă 6 ndash pene 7 ndash bacuri 8 ndash placă de sprijin (pe masa rotativă) 9 ndash guler de protecţie şi ghidare 10 ndash pacirclnie de ghidare HB ndash icircnălţimea broaştei cu pene HE ndash icircnălţimea elevatorului cu pene l ndash lăţimea broaştei-elevator

Alegerea elevatorului cu pene se face din conditiile urmatoare

FPgtFCBM

(341)

unde

FPleFBminusEl PCB

(342)

Studiind oferta companiei STEROM SA Cacircmpina conform ([1] cap 8 tab88) se alege un elevator cu pene de tipul

B-ElPCB 4frac12 ndash 13⅜ in x 350 ts (9⅝ x 275 ts x 8⅝) (ndash 45ordmC)

icircnseamnă broască-elevator destinată utilizării pentru burlane cu diametrul nominal cuprins

icircntre 4frac12 in şi 13⅜ in (inclusiv) cu sarcina nominală (sarcina maximă de lucru) de 350 ts (320tf)

echipată cu pene set de pene de 958 in cu sarcina nominală (maximă de lucru) de 275 ts (250 tf)

icircn care sunt montate bacuri de 858 in adică această broască-elevator este echipată pentru susţinerea

unei CB de 858 care determină icircn timpul manevrei ei o sarcină maximă la cacircrlig de cel mult 275ts

(250 tf) Ea este executată să lucreze icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash 45 ordmC

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

21t∙981ms2 =20601kN

35 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatorul pentru prăjini de foraj (ElPF) (bdquodrill pipe elevatorrdquo icircn lb en) este o sculă de

manevră care se foloseşte pentru susţinerea garniturii de foraj (GarF) icircn timpul extragerii şi

introducerii ei icircn sondă El prinde sub mufa PF şi este agăţat prin umerii săi icircn ochiurile

inferioare ale chiolbaşilor

ElPF se compune din

52

ndash două corpuri articulate care se icircnchid pe PF prevăzute cu cacircte un umăr cu care se suspendă icircn

ochiurile inferioare (mici) ale chiolbaşilor

ndash icircnchizatorul celor două corpuri

ndash eclise cu bolţuri prinse icircn umeri pentru asigurarea contra ieşirii chiolbaşilor

Elevatoarele se deosebesc prin forma lor modul de icircnchidere a celor două corpuri şi forma

suprafeţei de rezemare a prăjinilor

Din punctul de vedere al icircnchiderii se diferenţiază

ndash ElPF cu icircnchidere centrală (ElPFIcircC)

ndash ElPF cu icircnchidere laterală (ElPFIcircL)

După forma suprafeţei de sprijin al PF se disting

ndash ElPF cu scaun drept (ELPFSD) deci cu suprafaţă de rezemare dreaptă folosite pentru

manevrarea prăjinilor de foraj cu racorduri speciale sudate cu umăr drept (RSSUD) sau cu

racorduri icircnfiletate [1]

Fig 351 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun conic

ndash ElPF cu scaun conic (ElPFSC) care dispun de o suprafaţă de rezemare interioară tronconică cu unghiul de icircnchidere standardizat de 18deg ca şi mufele racordurilor speciale sudate cu umăr conic (RSSUC)

53

Fig 352 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun dreptElevatoarele sunt tipizate prescripţiile generale fiind prevăzute de API Spec 8A [85] şi

Spec 8C [86] Icircn fig 88 este reprezentat un ElPF cu scaun conic iar icircn fig 89 un ElPF cu scaun

drept

In figura 34 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic

Fig 34 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Alegerea elevatorului pentru prajini se face in functie de tipul prajinilor de foraj

1 Daca prajinile sunt cu recorduri speciale infiletate atunci cu scaun drept

2 Daca prajinile sunt cu racorduri speciale sudate atunci cu scaun conic

La alegerea elevatorului trebuie indeplinita conditia

FElgtFGar FMn

(sarcina normala utila de la carlig) (351)

icircn care FGar FM

este sarcina maximă care apare icircn timpul manevrării garniturii pacircnă la adacircncimea

maximă de foraj a puţului respectiv

54

Pentru că prăjinile de foraj sunt cu RSSUC si FGar FM

=122863kN conform tabelului 85

[1] cap 8 se alege un elevator cu scaun conic cu urmatoarea nominalizare

Elevator cu scaun conic 4frac12 x 1214 x 250 adica

elevator cu scaun conic cu dimensiunea nominală de 4frac12 ( pentru prăjini de foraj cu

RSSUC cu diametrul nominal de 4frac12 DPF = 4frac12) cu diametrul interior de 1214 mm (ceea ce

icircnseamnă că se utilizează pentru prăjini cu capetele fie cu II fie cu IEI (conform tabelului 85 cap

8) şi cu sarcina maximă de lucru de 250 tf cu masa mEl=1828kg conform NR 05-1018R STEROM

SA

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

ELpF= mEl middot g (253)

GEl = 1828 kg middot 981 ms2 = 18 kN

36Alegerea chiolbasilor

Chiolbaşii (Ch) (bdquothe drilling linksrdquo bdquoelevator linksrdquo icircn lb en) denumiţi şi bdquobraţele de

elevatorrdquo sunt scule de foraj care fac legătura icircntre cacircrlig şi elevator fiind utilizaţi icircn timpul

manevrei garniturii de foraj (GarF) şi coloanelor de burlane (CB)

Ei se agaţă cu ochiurile superioare de umerii cacircrligului şi susţin cu ochiurile lor inferioare

elevatorul prin umerii acestuia (vezi fig 361) Astfel sarcina datorată GarF sau CB este

preluată prin intermediul elevatorului de către Ch care o transmit cacircrligului [1]

55

Fig 361 Ansamblul format din macara-cacircrlig chiolbaşi şi elevator icircncare este susţinută garnitura de foraj icircn timpul manevrei acesteia

Din punct de vedere al sarcinii de lucru exista 3 tipuri de chiolbasi

1 Usor (sarcini mici)

2 Mediu (sarcini medii)

3 Greu (sarcini mari)

Tipul usor are forma de za alungita iar cel mediu si greu ndash de bara prevazuta la ambele capete cu

ochiuri

Chiolbasii se executa prin forjare in matrita dintr-o singura bucata de otel slab aliat de

constructii pentru a se asigura o rezistenta mare atat prin fibrajul obtinut prin procedeul tehnologic

respective cat si prin compozitie si prin TT folosit

Fig 362 Diferite tipuri de chiolbaşi

Alegerea chiolbasilor se face in functie de sarcina de lucru si de lungimea nominala

Fig 363 Tipurile de chiolbaşi şi dimensiunile lor principale a ndash chiolbaş de tipul uşor b ndash chiolbaş de tipul mediu c ndash chiolbaş de tipul greu C2 ndash raza de curbură interioară a ochiului superior G1 ndash raza de curbură interioară a ochiului

56

inferior D2 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului superior cu umărul cacircrligului H1 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului inferior cu umărul elevatorului d d1 ndash diametrul barei L ndash lungimea de lucru (dintre

punctele de sprijin pe umărul cacircrligului şi pe umărul elevatorului)

Conform normelor prevazute pentru F200-2DH se aleg chiolbasi de tip greu serie Chiolbaşi 69 x 2100 x 320

Gama de sarcini Fch = 320 tf perDimensiuni principale- d1 = 85 mm- C2 = 108 mm

- G1 =70 mm- D2 = 34 mm - H1 = 345 mm- Lungimea totala Lch = 2100 mm- Masa netă informativă mch = 247 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (36)

GCh = 247 kg middot 981 ms2 = 243 kN

37Alegerea cablului de manevra

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

1 la manevră cablul de manevră sau de foraj

2 la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcărit

3 la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancoră

4 pentru rabaterea turlei cablul de praştie

5 la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electrici

Cablurile 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

57

1 de acelaşi diametru 5 la fire2 de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 371)

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

Fig 371 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

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

1 organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)

2 metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)

3 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 ]

58

Fig 372 Cablarea a ndash icircnfăşurarea spre dreapta b ndash icircnfăşurarea spre stacircngac ndash cablarea icircn cruce stacircnga (ZS) d ndash cablarea icircn cruce dreapta (SZ)e ndash cablarea paralelă dreapta (ZZ) f ndash cablarea paralelă stacircnga (SS)

Alegerea cablului se face pe baza sarcinii sale reale minime de rupere (Srm) astfel icircncacirct să fie satisfăcută condiţia de rezistenţă (vezi [1])

Srm gecM middot FM (37)

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

CM - coeficientul de siguranţă pentru operatiile de tubare si instrumentatie care se accepta egal cu

valoarea 2 conform API Spec9B iar FM ste forta maxima din RA a infasurarii cablului Ea se

determina cu expresia[1]

(372)

in care FM este forta totala care actioneaza asupra ramurilor din cablu z ndash nr de role de la macaraηMminusG - randamentul masinii macara-geamblac la ridicareRandamentul masinii macara-geamblac la ridicare se obtine cu relatia (cf[1])

ηMminusG=β2 ∙Zminus1

2 ∙ Z ∙ β2 ∙Z ∙ ( βminus1 ) (373)

unde β este inversul randamentului unei role

β= 1ηRo

(374)

pentru care se admite valoarea β =104 conform API iar ηRo =096 (API) randament role

59

FM=FM

2sdotzsdotηM minusG

Conform tipului de ansamblu MC ales z =5 Atunci rezultă

ηMminusG =

1 04225minus12sdot5sdot1 042sdot5 (1 04minus1 )

=0 811

Forţa F M se calculează cu expresia (conform [1])

FM =F M +GoTsdot(1+

ac(M )

g )

(375)

unde FM

este sarcina maxima utila la carlig GoT - greutatea moarta la tubare g- acceleratia

gravitationala g= 981 ms2 ac(M )

- acceleratia miscarii carligului are valori cuprinse in domeniul

[0515]∙ ms2

Greutatea moartă la tubare se determină ţinacircnd cont de greutatea elementelor ansamblului

MC a chiolbaşilor (Ch) a elevatorului cu pene (ElP) şi a ramurilor de cablu dintre macara şi

geamblac

GoT =

GMC+G ch+GEl P+GCM

(376)

Deoarece la acest moment nu se cunoaşte tipodimensiunea cablului şi ca urmare masa sa unitară se face aproximaţia

GoT iquestGMC+G ch+GEl P (377)

rezulta

GOT=8446 kN+243kN+20601 kN=1075 kN

Ştiind tipul IF se determină

FM

=200tf= 200∙981 =1962kNSe accepta

ac(M )=1 m s2

si se obtine

FM =1962 kN+107 5 kNsdot(1+ 19 81 )=2080 46 kN

60

Se calculeaza

F =

2080 46 kN2sdot5sdot0 811

=256 531 kN

Se determină sarcina reală minimă de rupere necesară a cablului cu formula

Srmnec gecM middot FM (378)

c M=2 ( conform API) si rezulta

Srmnec =2∙256531kN=513062kN

Se alege un cablu Seale cu o măsură a lui Srm astfel icircncacirct să fie icircndeplinită condiţia următoare

Sr mgtSr m nec

(379)

Ca urmare din [1] tabelul 52 se constată că se poate alege

Cablu Seale 6x19-32-1570 SZ STAS1689-80

caracterizat prin

nT=6 nr toroane

n f=19=1+9+9 nr fire din fiecare torondc=32 mm diametrul nominalRm=1570 MPa rezistenta minima de rupere a sarmelorSr m=531 32 kN sarcina reala minima de rupered0=3 mm diametrul sarmelor centraled1=1 45 mm diametrul sarmelor intermediared2=26 mm diametrul sarmelor exterioarem1 C=3 89 kg m masa unitara

Tipul cablării cruce dreapta (SZ) adică sensul de icircnfăşurare a firelor icircn toron este spre stanga(S) iar sensul de icircnfăşurare a toroanelor icircn cablu este spre dreapta (Z)Sr m=531 32gtSr nec=513 062 kN

Deci conditiaSr mgtSr nec este satisfacuta

Se reia calculul pentru verificare

61

Trebuie sa recalculam FM tinand cont si de greutatea cablului GCM

GCM =2sdotzsdotlr CM(M ) sdotqc (3710)

qc - greutatea unitara a cabluluiqc =m1 Csdotg (3711)

qc =3 89 kg msdot9 81 m s2=38 161 N mlr CM(M ) =(15 m+lp )+sminuslb (3712)

lr CM(M )

=(15 m+27 m)+65 mminus9 m=26 m

in care s=65m ndash spatiu de siguranta lb=9m lungimea unui burlanlp=27m lungimea pasului

GCM=2sdot5sdot26 msdot38 161 N m=9 922 kN

GoT=107 5 kN+9 922kN=117 422kN

Pentru IF F200-2DH vom avea

F =

2091 413 kN2sdot5sdot0 811

=257 88 kN

c M=Sr m

F c M=531 32kN

257 88 kN=2 06gtc=2

Tabelul 375 Parametrii caracteristici ai cablurilor Seale 6 x 19 conform STAS 1689-80

38 Alegerea troliului de foraj

62

FN=200sdot9 81kN+117 442kN (1+ 19 81

)=2091 413kN

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

σ tcl=1834 kN

3547 mm2 =1834 ∙ 103 N3547 mm2 =517056 ∙106 Pa

Aceasta tensiune arata limita de curgere minima conform tabelului cu caracteristicile

mecanice ale prajinilor de foraj pentru clasa de rezistenta E75 (vezi aplicatia 6) Limita de curgere

trebuie sa se situeze in intervalul 517hellip724 In cazul nostrum limita este 517 MPa care se

incadreaza intre valorile recomandate

-calculul tensiunii tangentiale τ=G∙θ ∙ r (166)

θ=M t

G ∙ I p

(16 7)

Unde G este modulul de elasticitate transversal al materialului din care se confectioneaza PFPentru otel G= 81010 Paθ- torsiunea specificar- raza punctului considerat din sectiunea transversala a corpului PF

θ= 5003∙ 103 Nm8 ∙ 1010 N m2 ∙ 0956∙ 10minus5m4 =653 ∙ 10minus2 1

m

τ=8 ∙1010 N

m2∙ 653 ∙ 10minus2 mminus1∙ 5785∙ 10minus2m=29855106

N

m2

Aceasta tensiune reprezinta tensiunea tangentiala de curgere

Lungimea ansamblului superior utilizat pentru forajul putului de exploatare se determina cu

expresia

LAn S=H MminusLAn PG (168) LAn S=3500 mminus162 m=3338 m

Se calculeaza numarul de PF

nPF=

LAn S

lPF (169)Considerand ca lungimea unei prajini este cea normala adica 9m se obtine

nPF=3338

9=37088

Se alege nPF=371 si se recalculeaza lungimea AnS

LAnS=371∙9m=3339 m

27

17Alegerea 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

garnitura stanga) [1]

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 masa rotativă 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 (658 REG) in timpul forajului după tubarea unei coloane de burlane prăjina

de antrenare trebuie uneori schimbată ndash diametrul cepului 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 de lucru 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 [1]

28

Fig 171 Prăjina de antrenare forjată a ndash pătrată b ndash hexagonală

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

Alegerea 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-cep

Se prefera alegerea unei prajini de antrenare forjate deoarece nu necesita reductii de legatura

proprii asa cum este cazul prajinii laminate

29

Fig172 Reducţii de legătură icircntre prăjina de antrenare (PA) şi racordul special (RS) denumite RLRS a ndash

reducţie dreaptă (pentru icircmbinări filetate cu aceleaşi dimensiuni) b ndash reducţie icircn trepte (pentru icircmbinări filetate cu

dimensiuni diferite)

Se alege o prajina de antrenare forjata patrata avand elementul de imbinare superioara de

tipul mufa cu filet stanga de tipul 658 REG pentru asamblarea cu reductie cap hidraulic(RLCH)

Pentru ansamblul superior al garniturii de foraj s-a stabilit ca se iau prajini de foraj de 4 12 in cu

racorduri speciale sudare(RSS) cu IEI si tipodimensiunea IFU NC 46

Ca urmare conform tabelului 1 aplicatia 7 se alege prajina de antrenare in varianta

constructiva 1(standard) cu dimensiunea nominala de 4 frac14 in Se foloseste o RLPA dreapta de

tipul mufa(NC46)-cep(NC46) ca in figura 172 a

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 infDPA

mm(in)DPAi mm

a mm

lPA m

mPAkg

1cep

6 58 REGmufăNC46

mufă6 58

REG

cepNC46

A (dreapta) NC46-NC46

108(4 14)

714 108 12192 800

30

18 Alegerea tipului de instalatie de foraj

Instalaţia de foraj reprezintă totalitatea maşinilor utilajelor si instalaţiilor necesare săpării unei sonde

Studiul pe sisteme al instalaţiilor de foraj corespunde principalelor operaţii care se efectuează

pentru forarea unei sonde precum si principalelor grupe de maşini si utilaje care intra in

componenta acestor instalaţii

Sistemele de lucru ale unei instalaţii de foraj sunt

1 Sistemul de manevra mdash SM- cu ajutorul căruia se realizează ridicarea si coboracircrea

sarcinilor

2 Sistemul de circulaţie - SC - care asigura circulaţia fluidului de foraj

3 Sistemul de rotire - SR - care realizează rotirea garniturii de prăjini in timpul forajului

In cazul instalaţiilor de foraj transportabile apare si sistemul de transport

Pentru asigurarea condiţiilor de funcţionare a sistemelor de lucru instalaţia de foraj mai

cuprinde sistemul de comenzi instalaţia de preparare si curăţare a fluidului de foraj dispozitive

de mecanizare si automatizare ansamblul de scule materialul tubular [1]

Alegerea instalaţiei de foraj se face pe baza sarcinii maxime utile (sarcinii maxime de lucru) FM (V APLICATIA 9)

In aplicatiile anterioare s-au determinat greutatile fiecarei coloane de burlane si anume

GCI(I)= 1413516 kN GCE= 722187kN

Rezulta ca cea mai grea CB GCBM=max GCI(I) GCE=1413516 kN

S-au ales pentru forajul putului de exploatare prajini grele cu DPG=6 in=1524 mm

DPGi=2 1316 in= 715 mm m1PG = 1115 kgm qPG=1094kNm LAnPG=135 m

Se determina greutatea AnPG

GAn PG=qPGsdotL An PG

(181)

si se obtine

GAnPG=1094kNm135m=14769kN

Greutatea unitara a PFse calculeaza folosind formula

qPF=m1 PFsdotg (182)

qPF=33kgm

sdot9 81m

s2=323 73

Nm

31

Greutatea AnS va fi

GAn S=qPFsdotLAn S (183)

GAn S=323 73Nm

sdot3 339sdot103 m=1080 934kN

Greutatea GarF se obtine insumand greutatea AnPG si greutatea AnS

GGar F=GAn PG+GAn S (184)

Se obtine

GGar F=147 69 kN+1080 934 kN=1228 624 kN

Se considera ca cea mai grea GarF este garnitura utilizata pentru forajul putului de exploatare

GGar F M=1228 624 kN

Alegerea IF se face pe baza sarcinii nominale de la carlig si a tipului de actionare

FM =max FM T FM D (185)

Sarcina maxima utila de tubare se calculeaza cu formula[1]

FM T

=GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+(1+kmf( M ) )sdot

ac

( M )

g ] (186)

in care

k r(M )estecoeficientul fortei de frecare la ridicarea coloanei de burlane intre peretele putului si

fluidul de foraj k mf(M )minusiquestcoeficientul de masa al fluidului de foraj din interiorul coloanei aderent la

coloana ac(M )- acceleratia miscarii carligului in cazul ridicarii sarcinii normale

kDij- coeficientul diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

ρ0 ndashdensitatea otelului din care sunt confectionate burlanele

ρf -densitatea fluidului de foraj

Coloana fiind considerată plină cu fluid de foraj cu aceeaşi măsură a densităţii ca şi aceea

din interiorul puţului forat coeficientul k mf(M ) se determină cu formula [1]

k m f=ρf

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1] (187)

unde DCB este diametrul nominal al CB GCBM ndash greutatea celei mai grele coloane de burlane Sfa- grosimea startului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al coloanei de burlane

32

LCB ndash lungimea CB lj ndash lungimea tronsonului de ordinul j kDij ndash coef diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

K Dij=Dibj

DCB

(188)

Pentru CI(I) de 858in vom avea

DCI(I)=858in= 2191 mmntCI(I)=6

sB jisin 10 16 10 16 8 94 10 16 10 16 11 43 mmDi B jisin 198 8 198 8 2012 198 8198 8 196 8 mm

k Di jisin 0 907 0 907 0 918 0 907 0 907 0 898 l jisin 255 325 460 520 395 705 m

LCI(I)=HCI(I)=2660m

=125tm3

sf a=0 653 mm grosimea stratului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al CB

iquestsumj=1

6

(1minusk Di j2 )sdotl j=

(1-09072)sdot255+(1minus09072 )sdot325+(1-09182 )sdot460+ (1minus09072 )sdot52 0++ (1-09072)sdot39 5+(1minus0 8982)sdot705=473 972 m

Se admite

k r(M )=02

si ac

(lt M )=1 ms2 Se obţine

Sarcina maxima utila la tubare

FM T =1413 516 kN sdot[(1minus1 25 t m3

7 85 t m3 )sdot(1+02 )+ (1+0 745 )sdot 19 81 ]=1677 556 kN

Sarcina maxima utila de degajare a celei mai grele garnituri de foraj se determina cu relatia[1]

FM D =GGar F Msdot(1minus ρ f

ρo)+FD M

FD M este forta de degajare maxima FD M =300kN

33

k m f(M )=

ρ f

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

5

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1]=

Măsura lui FDM se apreciază icircn funcţie de măsura lui HM conform tabelului 1 aplicatia 9

FM D =1228 624 kNsdot(1minus1 25 t m3

7 85 t m3)+300 kN=1332 983

kN

Conform rezultatelor de mai sus se obtineFM

=max 1677 556 1332983 kN=1677 556 kN 9 81≃171 0047 tf

Ca urmare se poate alege o IF transportabilă pe cale terestră pe subansamble (SAn) din clasa F 200 (vezi [1])

Tipul acţionării se alege icircn funcţie de posibilitatea de alimentare cu energie electrică a IF icircn

zona de amplasare de instalaţiile aflate icircn dotarea firmei de foraj şi de costul comparativ al

combustibilului şi al energiei electrice din perioada cacircnd o să lucreze instalaţia icircn situaţia icircn care

firma dispune de instalaţii cu acţionări neautonome sau autonome

Se admite că situaţia din zona de amplasament a IF impune o acţionare de tipul DH Avacircnd

icircn vedere acest lucru rezultă că se poate alege o IF de tipul

F-200-2DH (T(SAn))

19 Concluzii

Pe baza datelor luate din materialul didactic si standardele nationale cat si internationale s-a

facut un calcul teoretic de alegere al instalatiei de foraj Luand in consideratie ca mediul real poate

aduce un aport negativ asupra calculelor teoretice in rezultatele prezentate mai sus s-au luat niste

coeficienti de siguranta care sa acopere riscurile posibile totodata s-a constatat ca desi pentru

Sonda 7 Pacurari este necesara o instalatie mai mica decat cea aleasa am fost nevoit sa aleg anume

F200-2DH deoarece conditiile tehnico-economice presupun utilizarea tipului utilajului folosit deja

in industria petroliera si standardizat conform normelor STAS si API

2 PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

21 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

34

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

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 arborele 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 [1]

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 MBM 820 cu supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului DH de tipul GF-820+CHC-750-2 sunt

prezentate icircn fig 21 Se analizează dependenţele funcţionale reprezentate de aceste curbe (vezi

aplicatia 13)

35

Fig 2 1 Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului de acţionare de tipul DHformat din GF 820 şi CHC-750-2 pentru reglarea motorului diesel la sarcină plină

şi funcţionarea lui cu gradul maxim de accelerare (la care puterea maximă amotorului este puterea nominală Pn) şi funcţionarea lui cu gradul maxim deaccelerare MI MII ndash momentul dezvoltat la arborele primar (I) respectiv laarborele secundar (II) al CHC ωI ωII ndash viteza unghiulară PI PII ndash puterea

ηCHC ndash randamentul CHC

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (210)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (211)

Tabel 311 Parametrii functionali ai grupului de actionare GF-820 + CHC-750-2

36

Fig 211 Curba caracteristica exterioara a CHC este o caracteristica flexibila cresterea momentului rezistent este

preluata de CHC prin reducerea importanta a vitezei unghiulare a arborelui secundar

Din aceste grafice se deduce ca pentru ηm= 07 DEF al CHC-750-2 reprezentat prin ηCH ϵ

[0700 0847] nII ϵ [275 950] rotmin MII ϵ [14730 4000] kNm

Din datele obinute rezulta avantajele utilizarii CHC in cadrul GA de tipul DH

1 CHC lucreaza ca un variator continuu de viteza adica ωII se modifica automat si continuu odata cu variatia momentului rezistent aplicat arborelui secundar astfel se spune ca CHC isi regleaza regimul de functionare deci CHC permite o autoadaptare a GA la sarcina

2 Utilizarea CHC simplifica lantul cinematic al IF37

3 CHC protejeaza motorul Diesel impotriva suprasarcinilor si a socurilor transmise de la antorul sistemului de lucruinclusive in situatia blocarii secundarului

Fig 212 Curbele caracteristice pentru sarcina plina ale motorului MBM-820 si curba puterii in functie de sarcina plina a aceluiasi motor

22 Alegerea modului de acţionare

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

38

Instalaţiie 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[1]

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

39

Fig 221 Schema structural-functionala a unei instalatii de foraj cu mod de actionare centralizatin varianta MAC2 cu

actionare DH

S-a ales varianta MAC2 in care PN este actionata separat formand impreuna cu GA si transmisiile mecanice respective un grup motopompa (GMP) dupa cum TA este DH vezi 1[1])

23 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

1 pompe centrifuge pentru hidrocicloane2 site vibratoare 3 agitatoare4 pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de foraj5 pompe centrifuge pentru apa6 pompe centrifuge pentru chimicale7 pompe pentru reziduuri8 pompe pentru combustibil9 comanda hidraulica a prevenitoarelor10 instalaţie pentru uscarea aerului11 agregate pentru icircncălzire12 maşini-unelte13 agregat pentru sudura

40

14 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

Tabel 231 Consumatorii auxiliari de forta utilizati in cadrul IF de tipul F200-2DH si puterea lor

NrCrt

Denumirea consumatorilor Puterea motorului

kW

NrmotoarePuterea totala

kW

A Instalatia de foraj propriu-zisa

1 Site virbatoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 10 75

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa racire troliu 75 1 75

5 Pompa apa racire frina hidraulica 75 1 75

6 Pompe instalatie amestec chimicale 3 2 6

7 Pompe combustibil 3 2 6

8 Pompe ulei 15 1 15

9 Pompe de preparare a fluidului de foraj 75 2 150

10 Pompa baterie denisipare 55 1 55

11 Pompa baterie desmiluire 50 1 50

12 Instalatie degazeificare 5 1 5

13 Degazeificator 30 1 30

14 Instalatie de preparare centrifuga 20 3 60

15 Instalatie transport material pulverulent 4 1 4

16 Dispozitiv salvare garnitura 20 1 20

17 Dispozitiv strins-slabit 11 1 11

18 Dispozitiv manevra prajini grele 75 1 75

19 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

20 Pod tubaj reglabil 75 1 75

21 Instalatie comanda prevenitoare 11 1 11

41

22 Instalatie de uscare aer 15 1 15

23 Instalatie iluminat normal 18 1 18

24 Instalatie iluminat siguranta 08 1 08

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

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

PCsAF = 5928 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

24 Calculul puterii instalate

Puterea instalata a IF (Prsquo) reprezinta puterea motoarelor utilizate pentru actionarea

antoarelor principale a celor auxiliare si pentru actionarea celorlalte utilaje si instalatii folosite

pentru executarea diverselor operatii auxiliare

Prsquo = P + PCsAF (241)

P = n Pn (242)

Pn-Puterea nominala a motorului MB820 Pn= 655 kW

n-numarul de motoare folosite

P = (2+2) ∙ PnP = (2 + 2) 655kW = 2620 kW

Prsquo= 2620 kW + 5928 kW = 32128 kW

25 ConcluziiIn capitolul 2 s-au ales grupurile de actionare Alegerea s-a facut pe baza analizei

parametrilor motoarelor si caracteristicile acestora s-a evidentiat modul de utilizare al acestor

grupuri de actionare astfel incat sa fie satisfacute conditiile de tehnologicitate si economicitate

Acest lucru s-a facut pentru a obtine niste parametri de lucru cat se poate eficienti si economici

deoarece in cazul neindeplinirii uneia din conditii se pot intampla atat stagnari ale procesului

normal de foraj (uneori poate chiar si cu consecinte catastrofale) cat si pierderi financiare mari

42

3 ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ SI PREZENTAREA PARAMETRILOR SI CARACTERISTICILOR LOR

31Alegerea capului hidraulic

Fig31 Secţiune prin CH (reprezentare schematică (a) şi reprezentare constructivă (b))1 ndash corp (oală) 2 ndash bolţ 3 ndash toartă (biglu) 4 10 ndash rulment cu role cilindrice (de ghidare) 5 11 ndash garnituri de

etanşare 6 ndash rulment axial principal cu role conice 7 ndash fus 8 ndash reducţie 9 ndash rulment axial secundar cu bile 12 ndash felinar (capac) 13 ndash lulea 14 ndash piuliţă inferioară 15 ndash ţeavă de spălare 16 ndash cutie de etanşare 17 ndash etanşarea icircntre

partea superioară a ţevii de spălare şi lulea 18 ndash piuliţă superioară 19 ndash şuruburi de fixare

Capul hidraulic [1] (CH) este un utilaj care face parte din ansamblul de antrenare a GarF

El reprezinta nodul de legatura intre cele trei echipamente principale (EqPr) ale IF echipamentul

de circulatie (EqC) echipamentul de rotatie (EqR) si de manevra (EqM)

CH este suspendat in ciocul cirligului triplex cu ajutorul toartei sale La randul sau CH sustine

garnitura de foraj prin intermediul reductiei de legatura si al prajinii de antrenare De luleaua CH

se monteaza furtunul de noroi

43

Ca urmare functiunile CH sunt

1 Sustinerea GarF in timpul forajului

2 Permiterea rotatiei GarF

3 Conducerea fluidului de forajsub presiunede la FN la PA prin lulea teava de spalare

fus si RLCHin cazul circulatiei directe

Marimile fizice principale ale CH1 marimile functionale

- sarcina de lucru maxima

- turatia maxima a fusului

- presiunea maxima a fluidului de foraj

2 marimile dimensional-constructive

- diametrul interior al tevii de spalare

- tipo-dimensiulnile de legatura

3 marimile de anduranta

- sarcina limitacapacitatea in functie de rulmentul principal

- durabilitatea rulmentului principal

- durabilitatea etansarii tevii de spalare

Fig 31 Capul hidraulic (CH) montat icircn ciocul cacircrligului icircn timpul forajului

Alegerea capului hidraulic se face pe baza sarcinii maxime de lucru (FCH M

) si trebuie sa echipeze instalatia de foraj F200-2DH [1]

44

FCH M

geF M

(31)

FM =200 tf

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

(32)

Capetele hidraulice construite icircn Romacircnia sunt tipizate conform SR 5736 [66] care este

elaborat icircn concordanţă cu API Spec 8A [67] şi API Spec 8C [68]

Din tab 62 Cap 6 6 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH ndash 320 (ndash40degC) SR 5736

necesar instalaţiei de foraj alese F200

CHndash320 (ndash40degC) SR 5736 este un cap hidraulic echipat cu rulment axial-oscilant cu role

butoi cu sarcina maximă de lucru de 320tf care lucrează icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash

40degC

Conform SR 5736 acest tip de CH se caracterizează şi prin

Sarcina limită sau capacitatea maximă icircn funcţie de rulmentul principal FRLCH=147tf

pM = 35MPa nM = 300 rotmin di = 762 mm LP 4 (filetul de legătură al lulelei cu FF) 6⅝

REG LH (filetul de legătură cu RLCH)

32Alegerea ansamblului macara carlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 32 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]

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia [1]

FMC ge FCM (321)

Din tab32 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32-1250 MC -300 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii

45

Tabel 31 Caracteristicile Ansamblului Macara-Carlig

Tabelul 32 Tipurile de macarale-cacircrlig construite icircn Romacircnia şi caracteristicile lor (cf [69])

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (32)

GMC =8610t middot 981 ms2 = 84464 kN

46

UnMas F200Denumire 5-32MC-300

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300

Nr Roti manevra - 5

Diam cablului mm 32

Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140

Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in f-ie de rulmenti US tonf 347

Masa t 8610

Fig 32 Construcţia ansamblului-cacircrlig mono-bloc 1 ndash cacircrlig triplex 2 ndash bolţ 3 ndash pahar şi rulment axial 4 ndash tijă 5ndash piston 6 ndash arcuri de destindere 7 ndash piesă de legătură icircntre ansamblul cacircrligului şi macara 8 ndash axul macaralei 9 ndash role 10 ndash rulmenţii macaralei 11 ndash plăci laterale

33Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul de foraj reprezinta partea fixa a masinii macara-geamblac Se monteaza in

grupul mastului pe grinzi numite coroana geamblacului Este format dintr-un ax pe care se

monteaza un anumit numar de role (z+1) prin intermediul unor rulmenti Fiecare rola se misca

independent de celelalte (z-numarul de role de la macara) [1]

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

-geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţie romacircnească Avantajul acestui tip

constructiv este acela că este o construcţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

- 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

47

c geamblacul de foraj din două blocuri

- geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se pot roti şi interschimba asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

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

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

a geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

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

b geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

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 ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia [1]

Fig 331 Geamblac cu o roata separata

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 332

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

Alegerea geamblacului de foraj se face in functie de sarcina de lucru maxima de diametrul cablului utilizat de tipul cablului de manevra de tipul macaralei respectiv de tipul ansamblului macara-carlig

48

Pentru instalatia F200-2DH se alege unul din geamblacurile tipizate care sa indeplineasca cerintele impuse

Fig 33 2Geamblac monobloc 1 ndash suport (prin care GF se montează prin şuruburi de coroană ramă) 2ndash ax 3 ndash rolă roată 4 ndash rulment radial-axial cu role conice pe două racircnduri 5 ndash disc distanţier 6 ndash bucşă distanţieră 7 ndash ungător cu bilă (folosit pentru ungerea consistentă a rulmenţilor) (canalele de ungere sunt practicate icircn plan orizontal) 8 ndash placă de presare 9 ndash apărătoare

Pentru instalatia de foraj F 200 se va folosi un geamblac A 6 -32-1250GF-300 (-400C)(vezi [1] cap 54 tab56)adica geamblac de foraj cu 6 roţi role pe ax cu diametrul cablului de manevră de 32 mm

diametrul exterior al rolei de 1250 mm sarcina maximă de lucru 300tfşi temperatura de lucru de ndash

40degC Din tabelul 56 Cap 5 [1]se observă că acest tip de geamblac face parte din clasa

echipamentului (de manevră) 450

Tabel 33 Caracteristicile GeamblaculuiUnMas

Denumire 6-32GF-300Sarcina maxima la coroana geamblacului tf 400

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300Nr Roti manevra - 6

Diam cablului mm 32Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in functie de rulmenti US tonf 416Masa t 28

49

34Alegerea elevatorului 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

Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane de tubare (B-ElPCB) (bdquocasing slip

elevator-spiderrdquo icircn lb en) este o sculă de manevră care se foloseşte icircn timpul tubării puţurilor

atacirct pentru susţinerea coloanei de burlane (CB) ca broască cu pene aşezată pe masa rotativă

(MR) cacirct şi pentru săltarea din penele broaştei şi introducerea coloanei icircn puţ ca elevator (cu

pene) Deci aceste scule se folosesc icircn pereche icircn timpul tubării puţurilor una aşezată pe MR

susţine CB prin icircmpănare icircndeplinind funcţia de broască cu pene (vezi fig 341) iar cealaltă

care este susţinută icircn chiolbaşi avacircnd rolul de elevator (cu pene) se prinde tot prin icircmpănare pe

burlanul care s-a adăugat prin icircnşurubare la coloană saltă CB din broasca cu pene şi o susţine icircn

timpul introducerii ei icircn sondă (vezi fig 342)

Fig 342 Tragerea burlanului pe jilip cu ajutorul unui elevator de tras burlane pentru a fi icircnşurubat icircn

coloana susţinută icircn broasca cu pene

50

Fig 343 Varianta de elevator (cu pene) (cu inel ridicător) a broaştei-elevator cu pene cu două semicorpuri care este susţinută icircn ochiurile inferioare ale chiolbaşilor (11) icircn timpul introducerii coloanei de burlane (12) icircn puţul care se tubează 1 ndash corp carcasă 2 ndash umăr 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă de siguranţă 5 ndash corp de pană 6 ndash bacuri 7 ndash pacirclnie de ghidare 8 ndash cadru ridicător 9 ndash icircmpingătoare 10 ndash mecanism cu pacircrghii de ridicare

Din punct de vedere funcţional se deosebesc tipurile bull broască cu pene (BP) bull elevator cu pene (ElP)

Fig344 Broasca-elevator cu pene

51

In figura 344 este reprezentata Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane (broasca cu pene icircn partea de sus stanga elevatorul cu pene icircn partea dreapta şi vedere de sus a elevatorului cu pene icircn partea de jos) 1ndash corp 2ndash umăr braţ superior 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă (siguranţă pentru chiolbaşi) 5 ndash poartă uşă 6 ndash pene 7 ndash bacuri 8 ndash placă de sprijin (pe masa rotativă) 9 ndash guler de protecţie şi ghidare 10 ndash pacirclnie de ghidare HB ndash icircnălţimea broaştei cu pene HE ndash icircnălţimea elevatorului cu pene l ndash lăţimea broaştei-elevator

Alegerea elevatorului cu pene se face din conditiile urmatoare

FPgtFCBM

(341)

unde

FPleFBminusEl PCB

(342)

Studiind oferta companiei STEROM SA Cacircmpina conform ([1] cap 8 tab88) se alege un elevator cu pene de tipul

B-ElPCB 4frac12 ndash 13⅜ in x 350 ts (9⅝ x 275 ts x 8⅝) (ndash 45ordmC)

icircnseamnă broască-elevator destinată utilizării pentru burlane cu diametrul nominal cuprins

icircntre 4frac12 in şi 13⅜ in (inclusiv) cu sarcina nominală (sarcina maximă de lucru) de 350 ts (320tf)

echipată cu pene set de pene de 958 in cu sarcina nominală (maximă de lucru) de 275 ts (250 tf)

icircn care sunt montate bacuri de 858 in adică această broască-elevator este echipată pentru susţinerea

unei CB de 858 care determină icircn timpul manevrei ei o sarcină maximă la cacircrlig de cel mult 275ts

(250 tf) Ea este executată să lucreze icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash 45 ordmC

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

21t∙981ms2 =20601kN

35 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatorul pentru prăjini de foraj (ElPF) (bdquodrill pipe elevatorrdquo icircn lb en) este o sculă de

manevră care se foloseşte pentru susţinerea garniturii de foraj (GarF) icircn timpul extragerii şi

introducerii ei icircn sondă El prinde sub mufa PF şi este agăţat prin umerii săi icircn ochiurile

inferioare ale chiolbaşilor

ElPF se compune din

52

ndash două corpuri articulate care se icircnchid pe PF prevăzute cu cacircte un umăr cu care se suspendă icircn

ochiurile inferioare (mici) ale chiolbaşilor

ndash icircnchizatorul celor două corpuri

ndash eclise cu bolţuri prinse icircn umeri pentru asigurarea contra ieşirii chiolbaşilor

Elevatoarele se deosebesc prin forma lor modul de icircnchidere a celor două corpuri şi forma

suprafeţei de rezemare a prăjinilor

Din punctul de vedere al icircnchiderii se diferenţiază

ndash ElPF cu icircnchidere centrală (ElPFIcircC)

ndash ElPF cu icircnchidere laterală (ElPFIcircL)

După forma suprafeţei de sprijin al PF se disting

ndash ElPF cu scaun drept (ELPFSD) deci cu suprafaţă de rezemare dreaptă folosite pentru

manevrarea prăjinilor de foraj cu racorduri speciale sudate cu umăr drept (RSSUD) sau cu

racorduri icircnfiletate [1]

Fig 351 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun conic

ndash ElPF cu scaun conic (ElPFSC) care dispun de o suprafaţă de rezemare interioară tronconică cu unghiul de icircnchidere standardizat de 18deg ca şi mufele racordurilor speciale sudate cu umăr conic (RSSUC)

53

Fig 352 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun dreptElevatoarele sunt tipizate prescripţiile generale fiind prevăzute de API Spec 8A [85] şi

Spec 8C [86] Icircn fig 88 este reprezentat un ElPF cu scaun conic iar icircn fig 89 un ElPF cu scaun

drept

In figura 34 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic

Fig 34 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Alegerea elevatorului pentru prajini se face in functie de tipul prajinilor de foraj

1 Daca prajinile sunt cu recorduri speciale infiletate atunci cu scaun drept

2 Daca prajinile sunt cu racorduri speciale sudate atunci cu scaun conic

La alegerea elevatorului trebuie indeplinita conditia

FElgtFGar FMn

(sarcina normala utila de la carlig) (351)

icircn care FGar FM

este sarcina maximă care apare icircn timpul manevrării garniturii pacircnă la adacircncimea

maximă de foraj a puţului respectiv

54

Pentru că prăjinile de foraj sunt cu RSSUC si FGar FM

=122863kN conform tabelului 85

[1] cap 8 se alege un elevator cu scaun conic cu urmatoarea nominalizare

Elevator cu scaun conic 4frac12 x 1214 x 250 adica

elevator cu scaun conic cu dimensiunea nominală de 4frac12 ( pentru prăjini de foraj cu

RSSUC cu diametrul nominal de 4frac12 DPF = 4frac12) cu diametrul interior de 1214 mm (ceea ce

icircnseamnă că se utilizează pentru prăjini cu capetele fie cu II fie cu IEI (conform tabelului 85 cap

8) şi cu sarcina maximă de lucru de 250 tf cu masa mEl=1828kg conform NR 05-1018R STEROM

SA

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

ELpF= mEl middot g (253)

GEl = 1828 kg middot 981 ms2 = 18 kN

36Alegerea chiolbasilor

Chiolbaşii (Ch) (bdquothe drilling linksrdquo bdquoelevator linksrdquo icircn lb en) denumiţi şi bdquobraţele de

elevatorrdquo sunt scule de foraj care fac legătura icircntre cacircrlig şi elevator fiind utilizaţi icircn timpul

manevrei garniturii de foraj (GarF) şi coloanelor de burlane (CB)

Ei se agaţă cu ochiurile superioare de umerii cacircrligului şi susţin cu ochiurile lor inferioare

elevatorul prin umerii acestuia (vezi fig 361) Astfel sarcina datorată GarF sau CB este

preluată prin intermediul elevatorului de către Ch care o transmit cacircrligului [1]

55

Fig 361 Ansamblul format din macara-cacircrlig chiolbaşi şi elevator icircncare este susţinută garnitura de foraj icircn timpul manevrei acesteia

Din punct de vedere al sarcinii de lucru exista 3 tipuri de chiolbasi

1 Usor (sarcini mici)

2 Mediu (sarcini medii)

3 Greu (sarcini mari)

Tipul usor are forma de za alungita iar cel mediu si greu ndash de bara prevazuta la ambele capete cu

ochiuri

Chiolbasii se executa prin forjare in matrita dintr-o singura bucata de otel slab aliat de

constructii pentru a se asigura o rezistenta mare atat prin fibrajul obtinut prin procedeul tehnologic

respective cat si prin compozitie si prin TT folosit

Fig 362 Diferite tipuri de chiolbaşi

Alegerea chiolbasilor se face in functie de sarcina de lucru si de lungimea nominala

Fig 363 Tipurile de chiolbaşi şi dimensiunile lor principale a ndash chiolbaş de tipul uşor b ndash chiolbaş de tipul mediu c ndash chiolbaş de tipul greu C2 ndash raza de curbură interioară a ochiului superior G1 ndash raza de curbură interioară a ochiului

56

inferior D2 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului superior cu umărul cacircrligului H1 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului inferior cu umărul elevatorului d d1 ndash diametrul barei L ndash lungimea de lucru (dintre

punctele de sprijin pe umărul cacircrligului şi pe umărul elevatorului)

Conform normelor prevazute pentru F200-2DH se aleg chiolbasi de tip greu serie Chiolbaşi 69 x 2100 x 320

Gama de sarcini Fch = 320 tf perDimensiuni principale- d1 = 85 mm- C2 = 108 mm

- G1 =70 mm- D2 = 34 mm - H1 = 345 mm- Lungimea totala Lch = 2100 mm- Masa netă informativă mch = 247 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (36)

GCh = 247 kg middot 981 ms2 = 243 kN

37Alegerea cablului de manevra

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

1 la manevră cablul de manevră sau de foraj

2 la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcărit

3 la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancoră

4 pentru rabaterea turlei cablul de praştie

5 la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electrici

Cablurile 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

57

1 de acelaşi diametru 5 la fire2 de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 371)

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

Fig 371 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

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

1 organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)

2 metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)

3 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 ]

58

Fig 372 Cablarea a ndash icircnfăşurarea spre dreapta b ndash icircnfăşurarea spre stacircngac ndash cablarea icircn cruce stacircnga (ZS) d ndash cablarea icircn cruce dreapta (SZ)e ndash cablarea paralelă dreapta (ZZ) f ndash cablarea paralelă stacircnga (SS)

Alegerea cablului se face pe baza sarcinii sale reale minime de rupere (Srm) astfel icircncacirct să fie satisfăcută condiţia de rezistenţă (vezi [1])

Srm gecM middot FM (37)

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

CM - coeficientul de siguranţă pentru operatiile de tubare si instrumentatie care se accepta egal cu

valoarea 2 conform API Spec9B iar FM ste forta maxima din RA a infasurarii cablului Ea se

determina cu expresia[1]

(372)

in care FM este forta totala care actioneaza asupra ramurilor din cablu z ndash nr de role de la macaraηMminusG - randamentul masinii macara-geamblac la ridicareRandamentul masinii macara-geamblac la ridicare se obtine cu relatia (cf[1])

ηMminusG=β2 ∙Zminus1

2 ∙ Z ∙ β2 ∙Z ∙ ( βminus1 ) (373)

unde β este inversul randamentului unei role

β= 1ηRo

(374)

pentru care se admite valoarea β =104 conform API iar ηRo =096 (API) randament role

59

FM=FM

2sdotzsdotηM minusG

Conform tipului de ansamblu MC ales z =5 Atunci rezultă

ηMminusG =

1 04225minus12sdot5sdot1 042sdot5 (1 04minus1 )

=0 811

Forţa F M se calculează cu expresia (conform [1])

FM =F M +GoTsdot(1+

ac(M )

g )

(375)

unde FM

este sarcina maxima utila la carlig GoT - greutatea moarta la tubare g- acceleratia

gravitationala g= 981 ms2 ac(M )

- acceleratia miscarii carligului are valori cuprinse in domeniul

[0515]∙ ms2

Greutatea moartă la tubare se determină ţinacircnd cont de greutatea elementelor ansamblului

MC a chiolbaşilor (Ch) a elevatorului cu pene (ElP) şi a ramurilor de cablu dintre macara şi

geamblac

GoT =

GMC+G ch+GEl P+GCM

(376)

Deoarece la acest moment nu se cunoaşte tipodimensiunea cablului şi ca urmare masa sa unitară se face aproximaţia

GoT iquestGMC+G ch+GEl P (377)

rezulta

GOT=8446 kN+243kN+20601 kN=1075 kN

Ştiind tipul IF se determină

FM

=200tf= 200∙981 =1962kNSe accepta

ac(M )=1 m s2

si se obtine

FM =1962 kN+107 5 kNsdot(1+ 19 81 )=2080 46 kN

60

Se calculeaza

F =

2080 46 kN2sdot5sdot0 811

=256 531 kN

Se determină sarcina reală minimă de rupere necesară a cablului cu formula

Srmnec gecM middot FM (378)

c M=2 ( conform API) si rezulta

Srmnec =2∙256531kN=513062kN

Se alege un cablu Seale cu o măsură a lui Srm astfel icircncacirct să fie icircndeplinită condiţia următoare

Sr mgtSr m nec

(379)

Ca urmare din [1] tabelul 52 se constată că se poate alege

Cablu Seale 6x19-32-1570 SZ STAS1689-80

caracterizat prin

nT=6 nr toroane

n f=19=1+9+9 nr fire din fiecare torondc=32 mm diametrul nominalRm=1570 MPa rezistenta minima de rupere a sarmelorSr m=531 32 kN sarcina reala minima de rupered0=3 mm diametrul sarmelor centraled1=1 45 mm diametrul sarmelor intermediared2=26 mm diametrul sarmelor exterioarem1 C=3 89 kg m masa unitara

Tipul cablării cruce dreapta (SZ) adică sensul de icircnfăşurare a firelor icircn toron este spre stanga(S) iar sensul de icircnfăşurare a toroanelor icircn cablu este spre dreapta (Z)Sr m=531 32gtSr nec=513 062 kN

Deci conditiaSr mgtSr nec este satisfacuta

Se reia calculul pentru verificare

61

Trebuie sa recalculam FM tinand cont si de greutatea cablului GCM

GCM =2sdotzsdotlr CM(M ) sdotqc (3710)

qc - greutatea unitara a cabluluiqc =m1 Csdotg (3711)

qc =3 89 kg msdot9 81 m s2=38 161 N mlr CM(M ) =(15 m+lp )+sminuslb (3712)

lr CM(M )

=(15 m+27 m)+65 mminus9 m=26 m

in care s=65m ndash spatiu de siguranta lb=9m lungimea unui burlanlp=27m lungimea pasului

GCM=2sdot5sdot26 msdot38 161 N m=9 922 kN

GoT=107 5 kN+9 922kN=117 422kN

Pentru IF F200-2DH vom avea

F =

2091 413 kN2sdot5sdot0 811

=257 88 kN

c M=Sr m

F c M=531 32kN

257 88 kN=2 06gtc=2

Tabelul 375 Parametrii caracteristici ai cablurilor Seale 6 x 19 conform STAS 1689-80

38 Alegerea troliului de foraj

62

FN=200sdot9 81kN+117 442kN (1+ 19 81

)=2091 413kN

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

17Alegerea 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

garnitura stanga) [1]

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 masa rotativă 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 (658 REG) in timpul forajului după tubarea unei coloane de burlane prăjina

de antrenare trebuie uneori schimbată ndash diametrul cepului 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 de lucru 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 [1]

28

Fig 171 Prăjina de antrenare forjată a ndash pătrată b ndash hexagonală

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

Alegerea 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-cep

Se prefera alegerea unei prajini de antrenare forjate deoarece nu necesita reductii de legatura

proprii asa cum este cazul prajinii laminate

29

Fig172 Reducţii de legătură icircntre prăjina de antrenare (PA) şi racordul special (RS) denumite RLRS a ndash

reducţie dreaptă (pentru icircmbinări filetate cu aceleaşi dimensiuni) b ndash reducţie icircn trepte (pentru icircmbinări filetate cu

dimensiuni diferite)

Se alege o prajina de antrenare forjata patrata avand elementul de imbinare superioara de

tipul mufa cu filet stanga de tipul 658 REG pentru asamblarea cu reductie cap hidraulic(RLCH)

Pentru ansamblul superior al garniturii de foraj s-a stabilit ca se iau prajini de foraj de 4 12 in cu

racorduri speciale sudare(RSS) cu IEI si tipodimensiunea IFU NC 46

Ca urmare conform tabelului 1 aplicatia 7 se alege prajina de antrenare in varianta

constructiva 1(standard) cu dimensiunea nominala de 4 frac14 in Se foloseste o RLPA dreapta de

tipul mufa(NC46)-cep(NC46) ca in figura 172 a

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 infDPA

mm(in)DPAi mm

a mm

lPA m

mPAkg

1cep

6 58 REGmufăNC46

mufă6 58

REG

cepNC46

A (dreapta) NC46-NC46

108(4 14)

714 108 12192 800

30

18 Alegerea tipului de instalatie de foraj

Instalaţia de foraj reprezintă totalitatea maşinilor utilajelor si instalaţiilor necesare săpării unei sonde

Studiul pe sisteme al instalaţiilor de foraj corespunde principalelor operaţii care se efectuează

pentru forarea unei sonde precum si principalelor grupe de maşini si utilaje care intra in

componenta acestor instalaţii

Sistemele de lucru ale unei instalaţii de foraj sunt

1 Sistemul de manevra mdash SM- cu ajutorul căruia se realizează ridicarea si coboracircrea

sarcinilor

2 Sistemul de circulaţie - SC - care asigura circulaţia fluidului de foraj

3 Sistemul de rotire - SR - care realizează rotirea garniturii de prăjini in timpul forajului

In cazul instalaţiilor de foraj transportabile apare si sistemul de transport

Pentru asigurarea condiţiilor de funcţionare a sistemelor de lucru instalaţia de foraj mai

cuprinde sistemul de comenzi instalaţia de preparare si curăţare a fluidului de foraj dispozitive

de mecanizare si automatizare ansamblul de scule materialul tubular [1]

Alegerea instalaţiei de foraj se face pe baza sarcinii maxime utile (sarcinii maxime de lucru) FM (V APLICATIA 9)

In aplicatiile anterioare s-au determinat greutatile fiecarei coloane de burlane si anume

GCI(I)= 1413516 kN GCE= 722187kN

Rezulta ca cea mai grea CB GCBM=max GCI(I) GCE=1413516 kN

S-au ales pentru forajul putului de exploatare prajini grele cu DPG=6 in=1524 mm

DPGi=2 1316 in= 715 mm m1PG = 1115 kgm qPG=1094kNm LAnPG=135 m

Se determina greutatea AnPG

GAn PG=qPGsdotL An PG

(181)

si se obtine

GAnPG=1094kNm135m=14769kN

Greutatea unitara a PFse calculeaza folosind formula

qPF=m1 PFsdotg (182)

qPF=33kgm

sdot9 81m

s2=323 73

Nm

31

Greutatea AnS va fi

GAn S=qPFsdotLAn S (183)

GAn S=323 73Nm

sdot3 339sdot103 m=1080 934kN

Greutatea GarF se obtine insumand greutatea AnPG si greutatea AnS

GGar F=GAn PG+GAn S (184)

Se obtine

GGar F=147 69 kN+1080 934 kN=1228 624 kN

Se considera ca cea mai grea GarF este garnitura utilizata pentru forajul putului de exploatare

GGar F M=1228 624 kN

Alegerea IF se face pe baza sarcinii nominale de la carlig si a tipului de actionare

FM =max FM T FM D (185)

Sarcina maxima utila de tubare se calculeaza cu formula[1]

FM T

=GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+(1+kmf( M ) )sdot

ac

( M )

g ] (186)

in care

k r(M )estecoeficientul fortei de frecare la ridicarea coloanei de burlane intre peretele putului si

fluidul de foraj k mf(M )minusiquestcoeficientul de masa al fluidului de foraj din interiorul coloanei aderent la

coloana ac(M )- acceleratia miscarii carligului in cazul ridicarii sarcinii normale

kDij- coeficientul diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

ρ0 ndashdensitatea otelului din care sunt confectionate burlanele

ρf -densitatea fluidului de foraj

Coloana fiind considerată plină cu fluid de foraj cu aceeaşi măsură a densităţii ca şi aceea

din interiorul puţului forat coeficientul k mf(M ) se determină cu formula [1]

k m f=ρf

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1] (187)

unde DCB este diametrul nominal al CB GCBM ndash greutatea celei mai grele coloane de burlane Sfa- grosimea startului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al coloanei de burlane

32

LCB ndash lungimea CB lj ndash lungimea tronsonului de ordinul j kDij ndash coef diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

K Dij=Dibj

DCB

(188)

Pentru CI(I) de 858in vom avea

DCI(I)=858in= 2191 mmntCI(I)=6

sB jisin 10 16 10 16 8 94 10 16 10 16 11 43 mmDi B jisin 198 8 198 8 2012 198 8198 8 196 8 mm

k Di jisin 0 907 0 907 0 918 0 907 0 907 0 898 l jisin 255 325 460 520 395 705 m

LCI(I)=HCI(I)=2660m

=125tm3

sf a=0 653 mm grosimea stratului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al CB

iquestsumj=1

6

(1minusk Di j2 )sdotl j=

(1-09072)sdot255+(1minus09072 )sdot325+(1-09182 )sdot460+ (1minus09072 )sdot52 0++ (1-09072)sdot39 5+(1minus0 8982)sdot705=473 972 m

Se admite

k r(M )=02

si ac

(lt M )=1 ms2 Se obţine

Sarcina maxima utila la tubare

FM T =1413 516 kN sdot[(1minus1 25 t m3

7 85 t m3 )sdot(1+02 )+ (1+0 745 )sdot 19 81 ]=1677 556 kN

Sarcina maxima utila de degajare a celei mai grele garnituri de foraj se determina cu relatia[1]

FM D =GGar F Msdot(1minus ρ f

ρo)+FD M

FD M este forta de degajare maxima FD M =300kN

33

k m f(M )=

ρ f

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

5

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1]=

Măsura lui FDM se apreciază icircn funcţie de măsura lui HM conform tabelului 1 aplicatia 9

FM D =1228 624 kNsdot(1minus1 25 t m3

7 85 t m3)+300 kN=1332 983

kN

Conform rezultatelor de mai sus se obtineFM

=max 1677 556 1332983 kN=1677 556 kN 9 81≃171 0047 tf

Ca urmare se poate alege o IF transportabilă pe cale terestră pe subansamble (SAn) din clasa F 200 (vezi [1])

Tipul acţionării se alege icircn funcţie de posibilitatea de alimentare cu energie electrică a IF icircn

zona de amplasare de instalaţiile aflate icircn dotarea firmei de foraj şi de costul comparativ al

combustibilului şi al energiei electrice din perioada cacircnd o să lucreze instalaţia icircn situaţia icircn care

firma dispune de instalaţii cu acţionări neautonome sau autonome

Se admite că situaţia din zona de amplasament a IF impune o acţionare de tipul DH Avacircnd

icircn vedere acest lucru rezultă că se poate alege o IF de tipul

F-200-2DH (T(SAn))

19 Concluzii

Pe baza datelor luate din materialul didactic si standardele nationale cat si internationale s-a

facut un calcul teoretic de alegere al instalatiei de foraj Luand in consideratie ca mediul real poate

aduce un aport negativ asupra calculelor teoretice in rezultatele prezentate mai sus s-au luat niste

coeficienti de siguranta care sa acopere riscurile posibile totodata s-a constatat ca desi pentru

Sonda 7 Pacurari este necesara o instalatie mai mica decat cea aleasa am fost nevoit sa aleg anume

F200-2DH deoarece conditiile tehnico-economice presupun utilizarea tipului utilajului folosit deja

in industria petroliera si standardizat conform normelor STAS si API

2 PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

21 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

34

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

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 arborele 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 [1]

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 MBM 820 cu supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului DH de tipul GF-820+CHC-750-2 sunt

prezentate icircn fig 21 Se analizează dependenţele funcţionale reprezentate de aceste curbe (vezi

aplicatia 13)

35

Fig 2 1 Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului de acţionare de tipul DHformat din GF 820 şi CHC-750-2 pentru reglarea motorului diesel la sarcină plină

şi funcţionarea lui cu gradul maxim de accelerare (la care puterea maximă amotorului este puterea nominală Pn) şi funcţionarea lui cu gradul maxim deaccelerare MI MII ndash momentul dezvoltat la arborele primar (I) respectiv laarborele secundar (II) al CHC ωI ωII ndash viteza unghiulară PI PII ndash puterea

ηCHC ndash randamentul CHC

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (210)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (211)

Tabel 311 Parametrii functionali ai grupului de actionare GF-820 + CHC-750-2

36

Fig 211 Curba caracteristica exterioara a CHC este o caracteristica flexibila cresterea momentului rezistent este

preluata de CHC prin reducerea importanta a vitezei unghiulare a arborelui secundar

Din aceste grafice se deduce ca pentru ηm= 07 DEF al CHC-750-2 reprezentat prin ηCH ϵ

[0700 0847] nII ϵ [275 950] rotmin MII ϵ [14730 4000] kNm

Din datele obinute rezulta avantajele utilizarii CHC in cadrul GA de tipul DH

1 CHC lucreaza ca un variator continuu de viteza adica ωII se modifica automat si continuu odata cu variatia momentului rezistent aplicat arborelui secundar astfel se spune ca CHC isi regleaza regimul de functionare deci CHC permite o autoadaptare a GA la sarcina

2 Utilizarea CHC simplifica lantul cinematic al IF37

3 CHC protejeaza motorul Diesel impotriva suprasarcinilor si a socurilor transmise de la antorul sistemului de lucruinclusive in situatia blocarii secundarului

Fig 212 Curbele caracteristice pentru sarcina plina ale motorului MBM-820 si curba puterii in functie de sarcina plina a aceluiasi motor

22 Alegerea modului de acţionare

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

38

Instalaţiie 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[1]

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

39

Fig 221 Schema structural-functionala a unei instalatii de foraj cu mod de actionare centralizatin varianta MAC2 cu

actionare DH

S-a ales varianta MAC2 in care PN este actionata separat formand impreuna cu GA si transmisiile mecanice respective un grup motopompa (GMP) dupa cum TA este DH vezi 1[1])

23 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

1 pompe centrifuge pentru hidrocicloane2 site vibratoare 3 agitatoare4 pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de foraj5 pompe centrifuge pentru apa6 pompe centrifuge pentru chimicale7 pompe pentru reziduuri8 pompe pentru combustibil9 comanda hidraulica a prevenitoarelor10 instalaţie pentru uscarea aerului11 agregate pentru icircncălzire12 maşini-unelte13 agregat pentru sudura

40

14 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

Tabel 231 Consumatorii auxiliari de forta utilizati in cadrul IF de tipul F200-2DH si puterea lor

NrCrt

Denumirea consumatorilor Puterea motorului

kW

NrmotoarePuterea totala

kW

A Instalatia de foraj propriu-zisa

1 Site virbatoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 10 75

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa racire troliu 75 1 75

5 Pompa apa racire frina hidraulica 75 1 75

6 Pompe instalatie amestec chimicale 3 2 6

7 Pompe combustibil 3 2 6

8 Pompe ulei 15 1 15

9 Pompe de preparare a fluidului de foraj 75 2 150

10 Pompa baterie denisipare 55 1 55

11 Pompa baterie desmiluire 50 1 50

12 Instalatie degazeificare 5 1 5

13 Degazeificator 30 1 30

14 Instalatie de preparare centrifuga 20 3 60

15 Instalatie transport material pulverulent 4 1 4

16 Dispozitiv salvare garnitura 20 1 20

17 Dispozitiv strins-slabit 11 1 11

18 Dispozitiv manevra prajini grele 75 1 75

19 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

20 Pod tubaj reglabil 75 1 75

21 Instalatie comanda prevenitoare 11 1 11

41

22 Instalatie de uscare aer 15 1 15

23 Instalatie iluminat normal 18 1 18

24 Instalatie iluminat siguranta 08 1 08

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

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

PCsAF = 5928 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

24 Calculul puterii instalate

Puterea instalata a IF (Prsquo) reprezinta puterea motoarelor utilizate pentru actionarea

antoarelor principale a celor auxiliare si pentru actionarea celorlalte utilaje si instalatii folosite

pentru executarea diverselor operatii auxiliare

Prsquo = P + PCsAF (241)

P = n Pn (242)

Pn-Puterea nominala a motorului MB820 Pn= 655 kW

n-numarul de motoare folosite

P = (2+2) ∙ PnP = (2 + 2) 655kW = 2620 kW

Prsquo= 2620 kW + 5928 kW = 32128 kW

25 ConcluziiIn capitolul 2 s-au ales grupurile de actionare Alegerea s-a facut pe baza analizei

parametrilor motoarelor si caracteristicile acestora s-a evidentiat modul de utilizare al acestor

grupuri de actionare astfel incat sa fie satisfacute conditiile de tehnologicitate si economicitate

Acest lucru s-a facut pentru a obtine niste parametri de lucru cat se poate eficienti si economici

deoarece in cazul neindeplinirii uneia din conditii se pot intampla atat stagnari ale procesului

normal de foraj (uneori poate chiar si cu consecinte catastrofale) cat si pierderi financiare mari

42

3 ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ SI PREZENTAREA PARAMETRILOR SI CARACTERISTICILOR LOR

31Alegerea capului hidraulic

Fig31 Secţiune prin CH (reprezentare schematică (a) şi reprezentare constructivă (b))1 ndash corp (oală) 2 ndash bolţ 3 ndash toartă (biglu) 4 10 ndash rulment cu role cilindrice (de ghidare) 5 11 ndash garnituri de

etanşare 6 ndash rulment axial principal cu role conice 7 ndash fus 8 ndash reducţie 9 ndash rulment axial secundar cu bile 12 ndash felinar (capac) 13 ndash lulea 14 ndash piuliţă inferioară 15 ndash ţeavă de spălare 16 ndash cutie de etanşare 17 ndash etanşarea icircntre

partea superioară a ţevii de spălare şi lulea 18 ndash piuliţă superioară 19 ndash şuruburi de fixare

Capul hidraulic [1] (CH) este un utilaj care face parte din ansamblul de antrenare a GarF

El reprezinta nodul de legatura intre cele trei echipamente principale (EqPr) ale IF echipamentul

de circulatie (EqC) echipamentul de rotatie (EqR) si de manevra (EqM)

CH este suspendat in ciocul cirligului triplex cu ajutorul toartei sale La randul sau CH sustine

garnitura de foraj prin intermediul reductiei de legatura si al prajinii de antrenare De luleaua CH

se monteaza furtunul de noroi

43

Ca urmare functiunile CH sunt

1 Sustinerea GarF in timpul forajului

2 Permiterea rotatiei GarF

3 Conducerea fluidului de forajsub presiunede la FN la PA prin lulea teava de spalare

fus si RLCHin cazul circulatiei directe

Marimile fizice principale ale CH1 marimile functionale

- sarcina de lucru maxima

- turatia maxima a fusului

- presiunea maxima a fluidului de foraj

2 marimile dimensional-constructive

- diametrul interior al tevii de spalare

- tipo-dimensiulnile de legatura

3 marimile de anduranta

- sarcina limitacapacitatea in functie de rulmentul principal

- durabilitatea rulmentului principal

- durabilitatea etansarii tevii de spalare

Fig 31 Capul hidraulic (CH) montat icircn ciocul cacircrligului icircn timpul forajului

Alegerea capului hidraulic se face pe baza sarcinii maxime de lucru (FCH M

) si trebuie sa echipeze instalatia de foraj F200-2DH [1]

44

FCH M

geF M

(31)

FM =200 tf

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

(32)

Capetele hidraulice construite icircn Romacircnia sunt tipizate conform SR 5736 [66] care este

elaborat icircn concordanţă cu API Spec 8A [67] şi API Spec 8C [68]

Din tab 62 Cap 6 6 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH ndash 320 (ndash40degC) SR 5736

necesar instalaţiei de foraj alese F200

CHndash320 (ndash40degC) SR 5736 este un cap hidraulic echipat cu rulment axial-oscilant cu role

butoi cu sarcina maximă de lucru de 320tf care lucrează icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash

40degC

Conform SR 5736 acest tip de CH se caracterizează şi prin

Sarcina limită sau capacitatea maximă icircn funcţie de rulmentul principal FRLCH=147tf

pM = 35MPa nM = 300 rotmin di = 762 mm LP 4 (filetul de legătură al lulelei cu FF) 6⅝

REG LH (filetul de legătură cu RLCH)

32Alegerea ansamblului macara carlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 32 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]

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia [1]

FMC ge FCM (321)

Din tab32 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32-1250 MC -300 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii

45

Tabel 31 Caracteristicile Ansamblului Macara-Carlig

Tabelul 32 Tipurile de macarale-cacircrlig construite icircn Romacircnia şi caracteristicile lor (cf [69])

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (32)

GMC =8610t middot 981 ms2 = 84464 kN

46

UnMas F200Denumire 5-32MC-300

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300

Nr Roti manevra - 5

Diam cablului mm 32

Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140

Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in f-ie de rulmenti US tonf 347

Masa t 8610

Fig 32 Construcţia ansamblului-cacircrlig mono-bloc 1 ndash cacircrlig triplex 2 ndash bolţ 3 ndash pahar şi rulment axial 4 ndash tijă 5ndash piston 6 ndash arcuri de destindere 7 ndash piesă de legătură icircntre ansamblul cacircrligului şi macara 8 ndash axul macaralei 9 ndash role 10 ndash rulmenţii macaralei 11 ndash plăci laterale

33Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul de foraj reprezinta partea fixa a masinii macara-geamblac Se monteaza in

grupul mastului pe grinzi numite coroana geamblacului Este format dintr-un ax pe care se

monteaza un anumit numar de role (z+1) prin intermediul unor rulmenti Fiecare rola se misca

independent de celelalte (z-numarul de role de la macara) [1]

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

-geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţie romacircnească Avantajul acestui tip

constructiv este acela că este o construcţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

- 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

47

c geamblacul de foraj din două blocuri

- geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se pot roti şi interschimba asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

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

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

a geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

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

b geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

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 ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia [1]

Fig 331 Geamblac cu o roata separata

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 332

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

Alegerea geamblacului de foraj se face in functie de sarcina de lucru maxima de diametrul cablului utilizat de tipul cablului de manevra de tipul macaralei respectiv de tipul ansamblului macara-carlig

48

Pentru instalatia F200-2DH se alege unul din geamblacurile tipizate care sa indeplineasca cerintele impuse

Fig 33 2Geamblac monobloc 1 ndash suport (prin care GF se montează prin şuruburi de coroană ramă) 2ndash ax 3 ndash rolă roată 4 ndash rulment radial-axial cu role conice pe două racircnduri 5 ndash disc distanţier 6 ndash bucşă distanţieră 7 ndash ungător cu bilă (folosit pentru ungerea consistentă a rulmenţilor) (canalele de ungere sunt practicate icircn plan orizontal) 8 ndash placă de presare 9 ndash apărătoare

Pentru instalatia de foraj F 200 se va folosi un geamblac A 6 -32-1250GF-300 (-400C)(vezi [1] cap 54 tab56)adica geamblac de foraj cu 6 roţi role pe ax cu diametrul cablului de manevră de 32 mm

diametrul exterior al rolei de 1250 mm sarcina maximă de lucru 300tfşi temperatura de lucru de ndash

40degC Din tabelul 56 Cap 5 [1]se observă că acest tip de geamblac face parte din clasa

echipamentului (de manevră) 450

Tabel 33 Caracteristicile GeamblaculuiUnMas

Denumire 6-32GF-300Sarcina maxima la coroana geamblacului tf 400

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300Nr Roti manevra - 6

Diam cablului mm 32Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in functie de rulmenti US tonf 416Masa t 28

49

34Alegerea elevatorului 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

Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane de tubare (B-ElPCB) (bdquocasing slip

elevator-spiderrdquo icircn lb en) este o sculă de manevră care se foloseşte icircn timpul tubării puţurilor

atacirct pentru susţinerea coloanei de burlane (CB) ca broască cu pene aşezată pe masa rotativă

(MR) cacirct şi pentru săltarea din penele broaştei şi introducerea coloanei icircn puţ ca elevator (cu

pene) Deci aceste scule se folosesc icircn pereche icircn timpul tubării puţurilor una aşezată pe MR

susţine CB prin icircmpănare icircndeplinind funcţia de broască cu pene (vezi fig 341) iar cealaltă

care este susţinută icircn chiolbaşi avacircnd rolul de elevator (cu pene) se prinde tot prin icircmpănare pe

burlanul care s-a adăugat prin icircnşurubare la coloană saltă CB din broasca cu pene şi o susţine icircn

timpul introducerii ei icircn sondă (vezi fig 342)

Fig 342 Tragerea burlanului pe jilip cu ajutorul unui elevator de tras burlane pentru a fi icircnşurubat icircn

coloana susţinută icircn broasca cu pene

50

Fig 343 Varianta de elevator (cu pene) (cu inel ridicător) a broaştei-elevator cu pene cu două semicorpuri care este susţinută icircn ochiurile inferioare ale chiolbaşilor (11) icircn timpul introducerii coloanei de burlane (12) icircn puţul care se tubează 1 ndash corp carcasă 2 ndash umăr 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă de siguranţă 5 ndash corp de pană 6 ndash bacuri 7 ndash pacirclnie de ghidare 8 ndash cadru ridicător 9 ndash icircmpingătoare 10 ndash mecanism cu pacircrghii de ridicare

Din punct de vedere funcţional se deosebesc tipurile bull broască cu pene (BP) bull elevator cu pene (ElP)

Fig344 Broasca-elevator cu pene

51

In figura 344 este reprezentata Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane (broasca cu pene icircn partea de sus stanga elevatorul cu pene icircn partea dreapta şi vedere de sus a elevatorului cu pene icircn partea de jos) 1ndash corp 2ndash umăr braţ superior 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă (siguranţă pentru chiolbaşi) 5 ndash poartă uşă 6 ndash pene 7 ndash bacuri 8 ndash placă de sprijin (pe masa rotativă) 9 ndash guler de protecţie şi ghidare 10 ndash pacirclnie de ghidare HB ndash icircnălţimea broaştei cu pene HE ndash icircnălţimea elevatorului cu pene l ndash lăţimea broaştei-elevator

Alegerea elevatorului cu pene se face din conditiile urmatoare

FPgtFCBM

(341)

unde

FPleFBminusEl PCB

(342)

Studiind oferta companiei STEROM SA Cacircmpina conform ([1] cap 8 tab88) se alege un elevator cu pene de tipul

B-ElPCB 4frac12 ndash 13⅜ in x 350 ts (9⅝ x 275 ts x 8⅝) (ndash 45ordmC)

icircnseamnă broască-elevator destinată utilizării pentru burlane cu diametrul nominal cuprins

icircntre 4frac12 in şi 13⅜ in (inclusiv) cu sarcina nominală (sarcina maximă de lucru) de 350 ts (320tf)

echipată cu pene set de pene de 958 in cu sarcina nominală (maximă de lucru) de 275 ts (250 tf)

icircn care sunt montate bacuri de 858 in adică această broască-elevator este echipată pentru susţinerea

unei CB de 858 care determină icircn timpul manevrei ei o sarcină maximă la cacircrlig de cel mult 275ts

(250 tf) Ea este executată să lucreze icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash 45 ordmC

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

21t∙981ms2 =20601kN

35 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatorul pentru prăjini de foraj (ElPF) (bdquodrill pipe elevatorrdquo icircn lb en) este o sculă de

manevră care se foloseşte pentru susţinerea garniturii de foraj (GarF) icircn timpul extragerii şi

introducerii ei icircn sondă El prinde sub mufa PF şi este agăţat prin umerii săi icircn ochiurile

inferioare ale chiolbaşilor

ElPF se compune din

52

ndash două corpuri articulate care se icircnchid pe PF prevăzute cu cacircte un umăr cu care se suspendă icircn

ochiurile inferioare (mici) ale chiolbaşilor

ndash icircnchizatorul celor două corpuri

ndash eclise cu bolţuri prinse icircn umeri pentru asigurarea contra ieşirii chiolbaşilor

Elevatoarele se deosebesc prin forma lor modul de icircnchidere a celor două corpuri şi forma

suprafeţei de rezemare a prăjinilor

Din punctul de vedere al icircnchiderii se diferenţiază

ndash ElPF cu icircnchidere centrală (ElPFIcircC)

ndash ElPF cu icircnchidere laterală (ElPFIcircL)

După forma suprafeţei de sprijin al PF se disting

ndash ElPF cu scaun drept (ELPFSD) deci cu suprafaţă de rezemare dreaptă folosite pentru

manevrarea prăjinilor de foraj cu racorduri speciale sudate cu umăr drept (RSSUD) sau cu

racorduri icircnfiletate [1]

Fig 351 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun conic

ndash ElPF cu scaun conic (ElPFSC) care dispun de o suprafaţă de rezemare interioară tronconică cu unghiul de icircnchidere standardizat de 18deg ca şi mufele racordurilor speciale sudate cu umăr conic (RSSUC)

53

Fig 352 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun dreptElevatoarele sunt tipizate prescripţiile generale fiind prevăzute de API Spec 8A [85] şi

Spec 8C [86] Icircn fig 88 este reprezentat un ElPF cu scaun conic iar icircn fig 89 un ElPF cu scaun

drept

In figura 34 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic

Fig 34 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Alegerea elevatorului pentru prajini se face in functie de tipul prajinilor de foraj

1 Daca prajinile sunt cu recorduri speciale infiletate atunci cu scaun drept

2 Daca prajinile sunt cu racorduri speciale sudate atunci cu scaun conic

La alegerea elevatorului trebuie indeplinita conditia

FElgtFGar FMn

(sarcina normala utila de la carlig) (351)

icircn care FGar FM

este sarcina maximă care apare icircn timpul manevrării garniturii pacircnă la adacircncimea

maximă de foraj a puţului respectiv

54

Pentru că prăjinile de foraj sunt cu RSSUC si FGar FM

=122863kN conform tabelului 85

[1] cap 8 se alege un elevator cu scaun conic cu urmatoarea nominalizare

Elevator cu scaun conic 4frac12 x 1214 x 250 adica

elevator cu scaun conic cu dimensiunea nominală de 4frac12 ( pentru prăjini de foraj cu

RSSUC cu diametrul nominal de 4frac12 DPF = 4frac12) cu diametrul interior de 1214 mm (ceea ce

icircnseamnă că se utilizează pentru prăjini cu capetele fie cu II fie cu IEI (conform tabelului 85 cap

8) şi cu sarcina maximă de lucru de 250 tf cu masa mEl=1828kg conform NR 05-1018R STEROM

SA

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

ELpF= mEl middot g (253)

GEl = 1828 kg middot 981 ms2 = 18 kN

36Alegerea chiolbasilor

Chiolbaşii (Ch) (bdquothe drilling linksrdquo bdquoelevator linksrdquo icircn lb en) denumiţi şi bdquobraţele de

elevatorrdquo sunt scule de foraj care fac legătura icircntre cacircrlig şi elevator fiind utilizaţi icircn timpul

manevrei garniturii de foraj (GarF) şi coloanelor de burlane (CB)

Ei se agaţă cu ochiurile superioare de umerii cacircrligului şi susţin cu ochiurile lor inferioare

elevatorul prin umerii acestuia (vezi fig 361) Astfel sarcina datorată GarF sau CB este

preluată prin intermediul elevatorului de către Ch care o transmit cacircrligului [1]

55

Fig 361 Ansamblul format din macara-cacircrlig chiolbaşi şi elevator icircncare este susţinută garnitura de foraj icircn timpul manevrei acesteia

Din punct de vedere al sarcinii de lucru exista 3 tipuri de chiolbasi

1 Usor (sarcini mici)

2 Mediu (sarcini medii)

3 Greu (sarcini mari)

Tipul usor are forma de za alungita iar cel mediu si greu ndash de bara prevazuta la ambele capete cu

ochiuri

Chiolbasii se executa prin forjare in matrita dintr-o singura bucata de otel slab aliat de

constructii pentru a se asigura o rezistenta mare atat prin fibrajul obtinut prin procedeul tehnologic

respective cat si prin compozitie si prin TT folosit

Fig 362 Diferite tipuri de chiolbaşi

Alegerea chiolbasilor se face in functie de sarcina de lucru si de lungimea nominala

Fig 363 Tipurile de chiolbaşi şi dimensiunile lor principale a ndash chiolbaş de tipul uşor b ndash chiolbaş de tipul mediu c ndash chiolbaş de tipul greu C2 ndash raza de curbură interioară a ochiului superior G1 ndash raza de curbură interioară a ochiului

56

inferior D2 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului superior cu umărul cacircrligului H1 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului inferior cu umărul elevatorului d d1 ndash diametrul barei L ndash lungimea de lucru (dintre

punctele de sprijin pe umărul cacircrligului şi pe umărul elevatorului)

Conform normelor prevazute pentru F200-2DH se aleg chiolbasi de tip greu serie Chiolbaşi 69 x 2100 x 320

Gama de sarcini Fch = 320 tf perDimensiuni principale- d1 = 85 mm- C2 = 108 mm

- G1 =70 mm- D2 = 34 mm - H1 = 345 mm- Lungimea totala Lch = 2100 mm- Masa netă informativă mch = 247 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (36)

GCh = 247 kg middot 981 ms2 = 243 kN

37Alegerea cablului de manevra

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

1 la manevră cablul de manevră sau de foraj

2 la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcărit

3 la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancoră

4 pentru rabaterea turlei cablul de praştie

5 la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electrici

Cablurile 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

57

1 de acelaşi diametru 5 la fire2 de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 371)

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

Fig 371 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

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

1 organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)

2 metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)

3 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 ]

58

Fig 372 Cablarea a ndash icircnfăşurarea spre dreapta b ndash icircnfăşurarea spre stacircngac ndash cablarea icircn cruce stacircnga (ZS) d ndash cablarea icircn cruce dreapta (SZ)e ndash cablarea paralelă dreapta (ZZ) f ndash cablarea paralelă stacircnga (SS)

Alegerea cablului se face pe baza sarcinii sale reale minime de rupere (Srm) astfel icircncacirct să fie satisfăcută condiţia de rezistenţă (vezi [1])

Srm gecM middot FM (37)

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

CM - coeficientul de siguranţă pentru operatiile de tubare si instrumentatie care se accepta egal cu

valoarea 2 conform API Spec9B iar FM ste forta maxima din RA a infasurarii cablului Ea se

determina cu expresia[1]

(372)

in care FM este forta totala care actioneaza asupra ramurilor din cablu z ndash nr de role de la macaraηMminusG - randamentul masinii macara-geamblac la ridicareRandamentul masinii macara-geamblac la ridicare se obtine cu relatia (cf[1])

ηMminusG=β2 ∙Zminus1

2 ∙ Z ∙ β2 ∙Z ∙ ( βminus1 ) (373)

unde β este inversul randamentului unei role

β= 1ηRo

(374)

pentru care se admite valoarea β =104 conform API iar ηRo =096 (API) randament role

59

FM=FM

2sdotzsdotηM minusG

Conform tipului de ansamblu MC ales z =5 Atunci rezultă

ηMminusG =

1 04225minus12sdot5sdot1 042sdot5 (1 04minus1 )

=0 811

Forţa F M se calculează cu expresia (conform [1])

FM =F M +GoTsdot(1+

ac(M )

g )

(375)

unde FM

este sarcina maxima utila la carlig GoT - greutatea moarta la tubare g- acceleratia

gravitationala g= 981 ms2 ac(M )

- acceleratia miscarii carligului are valori cuprinse in domeniul

[0515]∙ ms2

Greutatea moartă la tubare se determină ţinacircnd cont de greutatea elementelor ansamblului

MC a chiolbaşilor (Ch) a elevatorului cu pene (ElP) şi a ramurilor de cablu dintre macara şi

geamblac

GoT =

GMC+G ch+GEl P+GCM

(376)

Deoarece la acest moment nu se cunoaşte tipodimensiunea cablului şi ca urmare masa sa unitară se face aproximaţia

GoT iquestGMC+G ch+GEl P (377)

rezulta

GOT=8446 kN+243kN+20601 kN=1075 kN

Ştiind tipul IF se determină

FM

=200tf= 200∙981 =1962kNSe accepta

ac(M )=1 m s2

si se obtine

FM =1962 kN+107 5 kNsdot(1+ 19 81 )=2080 46 kN

60

Se calculeaza

F =

2080 46 kN2sdot5sdot0 811

=256 531 kN

Se determină sarcina reală minimă de rupere necesară a cablului cu formula

Srmnec gecM middot FM (378)

c M=2 ( conform API) si rezulta

Srmnec =2∙256531kN=513062kN

Se alege un cablu Seale cu o măsură a lui Srm astfel icircncacirct să fie icircndeplinită condiţia următoare

Sr mgtSr m nec

(379)

Ca urmare din [1] tabelul 52 se constată că se poate alege

Cablu Seale 6x19-32-1570 SZ STAS1689-80

caracterizat prin

nT=6 nr toroane

n f=19=1+9+9 nr fire din fiecare torondc=32 mm diametrul nominalRm=1570 MPa rezistenta minima de rupere a sarmelorSr m=531 32 kN sarcina reala minima de rupered0=3 mm diametrul sarmelor centraled1=1 45 mm diametrul sarmelor intermediared2=26 mm diametrul sarmelor exterioarem1 C=3 89 kg m masa unitara

Tipul cablării cruce dreapta (SZ) adică sensul de icircnfăşurare a firelor icircn toron este spre stanga(S) iar sensul de icircnfăşurare a toroanelor icircn cablu este spre dreapta (Z)Sr m=531 32gtSr nec=513 062 kN

Deci conditiaSr mgtSr nec este satisfacuta

Se reia calculul pentru verificare

61

Trebuie sa recalculam FM tinand cont si de greutatea cablului GCM

GCM =2sdotzsdotlr CM(M ) sdotqc (3710)

qc - greutatea unitara a cabluluiqc =m1 Csdotg (3711)

qc =3 89 kg msdot9 81 m s2=38 161 N mlr CM(M ) =(15 m+lp )+sminuslb (3712)

lr CM(M )

=(15 m+27 m)+65 mminus9 m=26 m

in care s=65m ndash spatiu de siguranta lb=9m lungimea unui burlanlp=27m lungimea pasului

GCM=2sdot5sdot26 msdot38 161 N m=9 922 kN

GoT=107 5 kN+9 922kN=117 422kN

Pentru IF F200-2DH vom avea

F =

2091 413 kN2sdot5sdot0 811

=257 88 kN

c M=Sr m

F c M=531 32kN

257 88 kN=2 06gtc=2

Tabelul 375 Parametrii caracteristici ai cablurilor Seale 6 x 19 conform STAS 1689-80

38 Alegerea troliului de foraj

62

FN=200sdot9 81kN+117 442kN (1+ 19 81

)=2091 413kN

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

Fig 171 Prăjina de antrenare forjată a ndash pătrată b ndash hexagonală

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

Alegerea 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-cep

Se prefera alegerea unei prajini de antrenare forjate deoarece nu necesita reductii de legatura

proprii asa cum este cazul prajinii laminate

29

Fig172 Reducţii de legătură icircntre prăjina de antrenare (PA) şi racordul special (RS) denumite RLRS a ndash

reducţie dreaptă (pentru icircmbinări filetate cu aceleaşi dimensiuni) b ndash reducţie icircn trepte (pentru icircmbinări filetate cu

dimensiuni diferite)

Se alege o prajina de antrenare forjata patrata avand elementul de imbinare superioara de

tipul mufa cu filet stanga de tipul 658 REG pentru asamblarea cu reductie cap hidraulic(RLCH)

Pentru ansamblul superior al garniturii de foraj s-a stabilit ca se iau prajini de foraj de 4 12 in cu

racorduri speciale sudare(RSS) cu IEI si tipodimensiunea IFU NC 46

Ca urmare conform tabelului 1 aplicatia 7 se alege prajina de antrenare in varianta

constructiva 1(standard) cu dimensiunea nominala de 4 frac14 in Se foloseste o RLPA dreapta de

tipul mufa(NC46)-cep(NC46) ca in figura 172 a

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 infDPA

mm(in)DPAi mm

a mm

lPA m

mPAkg

1cep

6 58 REGmufăNC46

mufă6 58

REG

cepNC46

A (dreapta) NC46-NC46

108(4 14)

714 108 12192 800

30

18 Alegerea tipului de instalatie de foraj

Instalaţia de foraj reprezintă totalitatea maşinilor utilajelor si instalaţiilor necesare săpării unei sonde

Studiul pe sisteme al instalaţiilor de foraj corespunde principalelor operaţii care se efectuează

pentru forarea unei sonde precum si principalelor grupe de maşini si utilaje care intra in

componenta acestor instalaţii

Sistemele de lucru ale unei instalaţii de foraj sunt

1 Sistemul de manevra mdash SM- cu ajutorul căruia se realizează ridicarea si coboracircrea

sarcinilor

2 Sistemul de circulaţie - SC - care asigura circulaţia fluidului de foraj

3 Sistemul de rotire - SR - care realizează rotirea garniturii de prăjini in timpul forajului

In cazul instalaţiilor de foraj transportabile apare si sistemul de transport

Pentru asigurarea condiţiilor de funcţionare a sistemelor de lucru instalaţia de foraj mai

cuprinde sistemul de comenzi instalaţia de preparare si curăţare a fluidului de foraj dispozitive

de mecanizare si automatizare ansamblul de scule materialul tubular [1]

Alegerea instalaţiei de foraj se face pe baza sarcinii maxime utile (sarcinii maxime de lucru) FM (V APLICATIA 9)

In aplicatiile anterioare s-au determinat greutatile fiecarei coloane de burlane si anume

GCI(I)= 1413516 kN GCE= 722187kN

Rezulta ca cea mai grea CB GCBM=max GCI(I) GCE=1413516 kN

S-au ales pentru forajul putului de exploatare prajini grele cu DPG=6 in=1524 mm

DPGi=2 1316 in= 715 mm m1PG = 1115 kgm qPG=1094kNm LAnPG=135 m

Se determina greutatea AnPG

GAn PG=qPGsdotL An PG

(181)

si se obtine

GAnPG=1094kNm135m=14769kN

Greutatea unitara a PFse calculeaza folosind formula

qPF=m1 PFsdotg (182)

qPF=33kgm

sdot9 81m

s2=323 73

Nm

31

Greutatea AnS va fi

GAn S=qPFsdotLAn S (183)

GAn S=323 73Nm

sdot3 339sdot103 m=1080 934kN

Greutatea GarF se obtine insumand greutatea AnPG si greutatea AnS

GGar F=GAn PG+GAn S (184)

Se obtine

GGar F=147 69 kN+1080 934 kN=1228 624 kN

Se considera ca cea mai grea GarF este garnitura utilizata pentru forajul putului de exploatare

GGar F M=1228 624 kN

Alegerea IF se face pe baza sarcinii nominale de la carlig si a tipului de actionare

FM =max FM T FM D (185)

Sarcina maxima utila de tubare se calculeaza cu formula[1]

FM T

=GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+(1+kmf( M ) )sdot

ac

( M )

g ] (186)

in care

k r(M )estecoeficientul fortei de frecare la ridicarea coloanei de burlane intre peretele putului si

fluidul de foraj k mf(M )minusiquestcoeficientul de masa al fluidului de foraj din interiorul coloanei aderent la

coloana ac(M )- acceleratia miscarii carligului in cazul ridicarii sarcinii normale

kDij- coeficientul diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

ρ0 ndashdensitatea otelului din care sunt confectionate burlanele

ρf -densitatea fluidului de foraj

Coloana fiind considerată plină cu fluid de foraj cu aceeaşi măsură a densităţii ca şi aceea

din interiorul puţului forat coeficientul k mf(M ) se determină cu formula [1]

k m f=ρf

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1] (187)

unde DCB este diametrul nominal al CB GCBM ndash greutatea celei mai grele coloane de burlane Sfa- grosimea startului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al coloanei de burlane

32

LCB ndash lungimea CB lj ndash lungimea tronsonului de ordinul j kDij ndash coef diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

K Dij=Dibj

DCB

(188)

Pentru CI(I) de 858in vom avea

DCI(I)=858in= 2191 mmntCI(I)=6

sB jisin 10 16 10 16 8 94 10 16 10 16 11 43 mmDi B jisin 198 8 198 8 2012 198 8198 8 196 8 mm

k Di jisin 0 907 0 907 0 918 0 907 0 907 0 898 l jisin 255 325 460 520 395 705 m

LCI(I)=HCI(I)=2660m

=125tm3

sf a=0 653 mm grosimea stratului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al CB

iquestsumj=1

6

(1minusk Di j2 )sdotl j=

(1-09072)sdot255+(1minus09072 )sdot325+(1-09182 )sdot460+ (1minus09072 )sdot52 0++ (1-09072)sdot39 5+(1minus0 8982)sdot705=473 972 m

Se admite

k r(M )=02

si ac

(lt M )=1 ms2 Se obţine

Sarcina maxima utila la tubare

FM T =1413 516 kN sdot[(1minus1 25 t m3

7 85 t m3 )sdot(1+02 )+ (1+0 745 )sdot 19 81 ]=1677 556 kN

Sarcina maxima utila de degajare a celei mai grele garnituri de foraj se determina cu relatia[1]

FM D =GGar F Msdot(1minus ρ f

ρo)+FD M

FD M este forta de degajare maxima FD M =300kN

33

k m f(M )=

ρ f

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

5

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1]=

Măsura lui FDM se apreciază icircn funcţie de măsura lui HM conform tabelului 1 aplicatia 9

FM D =1228 624 kNsdot(1minus1 25 t m3

7 85 t m3)+300 kN=1332 983

kN

Conform rezultatelor de mai sus se obtineFM

=max 1677 556 1332983 kN=1677 556 kN 9 81≃171 0047 tf

Ca urmare se poate alege o IF transportabilă pe cale terestră pe subansamble (SAn) din clasa F 200 (vezi [1])

Tipul acţionării se alege icircn funcţie de posibilitatea de alimentare cu energie electrică a IF icircn

zona de amplasare de instalaţiile aflate icircn dotarea firmei de foraj şi de costul comparativ al

combustibilului şi al energiei electrice din perioada cacircnd o să lucreze instalaţia icircn situaţia icircn care

firma dispune de instalaţii cu acţionări neautonome sau autonome

Se admite că situaţia din zona de amplasament a IF impune o acţionare de tipul DH Avacircnd

icircn vedere acest lucru rezultă că se poate alege o IF de tipul

F-200-2DH (T(SAn))

19 Concluzii

Pe baza datelor luate din materialul didactic si standardele nationale cat si internationale s-a

facut un calcul teoretic de alegere al instalatiei de foraj Luand in consideratie ca mediul real poate

aduce un aport negativ asupra calculelor teoretice in rezultatele prezentate mai sus s-au luat niste

coeficienti de siguranta care sa acopere riscurile posibile totodata s-a constatat ca desi pentru

Sonda 7 Pacurari este necesara o instalatie mai mica decat cea aleasa am fost nevoit sa aleg anume

F200-2DH deoarece conditiile tehnico-economice presupun utilizarea tipului utilajului folosit deja

in industria petroliera si standardizat conform normelor STAS si API

2 PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

21 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

34

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

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 arborele 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 [1]

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 MBM 820 cu supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului DH de tipul GF-820+CHC-750-2 sunt

prezentate icircn fig 21 Se analizează dependenţele funcţionale reprezentate de aceste curbe (vezi

aplicatia 13)

35

Fig 2 1 Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului de acţionare de tipul DHformat din GF 820 şi CHC-750-2 pentru reglarea motorului diesel la sarcină plină

şi funcţionarea lui cu gradul maxim de accelerare (la care puterea maximă amotorului este puterea nominală Pn) şi funcţionarea lui cu gradul maxim deaccelerare MI MII ndash momentul dezvoltat la arborele primar (I) respectiv laarborele secundar (II) al CHC ωI ωII ndash viteza unghiulară PI PII ndash puterea

ηCHC ndash randamentul CHC

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (210)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (211)

Tabel 311 Parametrii functionali ai grupului de actionare GF-820 + CHC-750-2

36

Fig 211 Curba caracteristica exterioara a CHC este o caracteristica flexibila cresterea momentului rezistent este

preluata de CHC prin reducerea importanta a vitezei unghiulare a arborelui secundar

Din aceste grafice se deduce ca pentru ηm= 07 DEF al CHC-750-2 reprezentat prin ηCH ϵ

[0700 0847] nII ϵ [275 950] rotmin MII ϵ [14730 4000] kNm

Din datele obinute rezulta avantajele utilizarii CHC in cadrul GA de tipul DH

1 CHC lucreaza ca un variator continuu de viteza adica ωII se modifica automat si continuu odata cu variatia momentului rezistent aplicat arborelui secundar astfel se spune ca CHC isi regleaza regimul de functionare deci CHC permite o autoadaptare a GA la sarcina

2 Utilizarea CHC simplifica lantul cinematic al IF37

3 CHC protejeaza motorul Diesel impotriva suprasarcinilor si a socurilor transmise de la antorul sistemului de lucruinclusive in situatia blocarii secundarului

Fig 212 Curbele caracteristice pentru sarcina plina ale motorului MBM-820 si curba puterii in functie de sarcina plina a aceluiasi motor

22 Alegerea modului de acţionare

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

38

Instalaţiie 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[1]

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

39

Fig 221 Schema structural-functionala a unei instalatii de foraj cu mod de actionare centralizatin varianta MAC2 cu

actionare DH

S-a ales varianta MAC2 in care PN este actionata separat formand impreuna cu GA si transmisiile mecanice respective un grup motopompa (GMP) dupa cum TA este DH vezi 1[1])

23 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

1 pompe centrifuge pentru hidrocicloane2 site vibratoare 3 agitatoare4 pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de foraj5 pompe centrifuge pentru apa6 pompe centrifuge pentru chimicale7 pompe pentru reziduuri8 pompe pentru combustibil9 comanda hidraulica a prevenitoarelor10 instalaţie pentru uscarea aerului11 agregate pentru icircncălzire12 maşini-unelte13 agregat pentru sudura

40

14 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

Tabel 231 Consumatorii auxiliari de forta utilizati in cadrul IF de tipul F200-2DH si puterea lor

NrCrt

Denumirea consumatorilor Puterea motorului

kW

NrmotoarePuterea totala

kW

A Instalatia de foraj propriu-zisa

1 Site virbatoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 10 75

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa racire troliu 75 1 75

5 Pompa apa racire frina hidraulica 75 1 75

6 Pompe instalatie amestec chimicale 3 2 6

7 Pompe combustibil 3 2 6

8 Pompe ulei 15 1 15

9 Pompe de preparare a fluidului de foraj 75 2 150

10 Pompa baterie denisipare 55 1 55

11 Pompa baterie desmiluire 50 1 50

12 Instalatie degazeificare 5 1 5

13 Degazeificator 30 1 30

14 Instalatie de preparare centrifuga 20 3 60

15 Instalatie transport material pulverulent 4 1 4

16 Dispozitiv salvare garnitura 20 1 20

17 Dispozitiv strins-slabit 11 1 11

18 Dispozitiv manevra prajini grele 75 1 75

19 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

20 Pod tubaj reglabil 75 1 75

21 Instalatie comanda prevenitoare 11 1 11

41

22 Instalatie de uscare aer 15 1 15

23 Instalatie iluminat normal 18 1 18

24 Instalatie iluminat siguranta 08 1 08

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

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

PCsAF = 5928 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

24 Calculul puterii instalate

Puterea instalata a IF (Prsquo) reprezinta puterea motoarelor utilizate pentru actionarea

antoarelor principale a celor auxiliare si pentru actionarea celorlalte utilaje si instalatii folosite

pentru executarea diverselor operatii auxiliare

Prsquo = P + PCsAF (241)

P = n Pn (242)

Pn-Puterea nominala a motorului MB820 Pn= 655 kW

n-numarul de motoare folosite

P = (2+2) ∙ PnP = (2 + 2) 655kW = 2620 kW

Prsquo= 2620 kW + 5928 kW = 32128 kW

25 ConcluziiIn capitolul 2 s-au ales grupurile de actionare Alegerea s-a facut pe baza analizei

parametrilor motoarelor si caracteristicile acestora s-a evidentiat modul de utilizare al acestor

grupuri de actionare astfel incat sa fie satisfacute conditiile de tehnologicitate si economicitate

Acest lucru s-a facut pentru a obtine niste parametri de lucru cat se poate eficienti si economici

deoarece in cazul neindeplinirii uneia din conditii se pot intampla atat stagnari ale procesului

normal de foraj (uneori poate chiar si cu consecinte catastrofale) cat si pierderi financiare mari

42

3 ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ SI PREZENTAREA PARAMETRILOR SI CARACTERISTICILOR LOR

31Alegerea capului hidraulic

Fig31 Secţiune prin CH (reprezentare schematică (a) şi reprezentare constructivă (b))1 ndash corp (oală) 2 ndash bolţ 3 ndash toartă (biglu) 4 10 ndash rulment cu role cilindrice (de ghidare) 5 11 ndash garnituri de

etanşare 6 ndash rulment axial principal cu role conice 7 ndash fus 8 ndash reducţie 9 ndash rulment axial secundar cu bile 12 ndash felinar (capac) 13 ndash lulea 14 ndash piuliţă inferioară 15 ndash ţeavă de spălare 16 ndash cutie de etanşare 17 ndash etanşarea icircntre

partea superioară a ţevii de spălare şi lulea 18 ndash piuliţă superioară 19 ndash şuruburi de fixare

Capul hidraulic [1] (CH) este un utilaj care face parte din ansamblul de antrenare a GarF

El reprezinta nodul de legatura intre cele trei echipamente principale (EqPr) ale IF echipamentul

de circulatie (EqC) echipamentul de rotatie (EqR) si de manevra (EqM)

CH este suspendat in ciocul cirligului triplex cu ajutorul toartei sale La randul sau CH sustine

garnitura de foraj prin intermediul reductiei de legatura si al prajinii de antrenare De luleaua CH

se monteaza furtunul de noroi

43

Ca urmare functiunile CH sunt

1 Sustinerea GarF in timpul forajului

2 Permiterea rotatiei GarF

3 Conducerea fluidului de forajsub presiunede la FN la PA prin lulea teava de spalare

fus si RLCHin cazul circulatiei directe

Marimile fizice principale ale CH1 marimile functionale

- sarcina de lucru maxima

- turatia maxima a fusului

- presiunea maxima a fluidului de foraj

2 marimile dimensional-constructive

- diametrul interior al tevii de spalare

- tipo-dimensiulnile de legatura

3 marimile de anduranta

- sarcina limitacapacitatea in functie de rulmentul principal

- durabilitatea rulmentului principal

- durabilitatea etansarii tevii de spalare

Fig 31 Capul hidraulic (CH) montat icircn ciocul cacircrligului icircn timpul forajului

Alegerea capului hidraulic se face pe baza sarcinii maxime de lucru (FCH M

) si trebuie sa echipeze instalatia de foraj F200-2DH [1]

44

FCH M

geF M

(31)

FM =200 tf

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

(32)

Capetele hidraulice construite icircn Romacircnia sunt tipizate conform SR 5736 [66] care este

elaborat icircn concordanţă cu API Spec 8A [67] şi API Spec 8C [68]

Din tab 62 Cap 6 6 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH ndash 320 (ndash40degC) SR 5736

necesar instalaţiei de foraj alese F200

CHndash320 (ndash40degC) SR 5736 este un cap hidraulic echipat cu rulment axial-oscilant cu role

butoi cu sarcina maximă de lucru de 320tf care lucrează icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash

40degC

Conform SR 5736 acest tip de CH se caracterizează şi prin

Sarcina limită sau capacitatea maximă icircn funcţie de rulmentul principal FRLCH=147tf

pM = 35MPa nM = 300 rotmin di = 762 mm LP 4 (filetul de legătură al lulelei cu FF) 6⅝

REG LH (filetul de legătură cu RLCH)

32Alegerea ansamblului macara carlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 32 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]

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia [1]

FMC ge FCM (321)

Din tab32 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32-1250 MC -300 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii

45

Tabel 31 Caracteristicile Ansamblului Macara-Carlig

Tabelul 32 Tipurile de macarale-cacircrlig construite icircn Romacircnia şi caracteristicile lor (cf [69])

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (32)

GMC =8610t middot 981 ms2 = 84464 kN

46

UnMas F200Denumire 5-32MC-300

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300

Nr Roti manevra - 5

Diam cablului mm 32

Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140

Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in f-ie de rulmenti US tonf 347

Masa t 8610

Fig 32 Construcţia ansamblului-cacircrlig mono-bloc 1 ndash cacircrlig triplex 2 ndash bolţ 3 ndash pahar şi rulment axial 4 ndash tijă 5ndash piston 6 ndash arcuri de destindere 7 ndash piesă de legătură icircntre ansamblul cacircrligului şi macara 8 ndash axul macaralei 9 ndash role 10 ndash rulmenţii macaralei 11 ndash plăci laterale

33Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul de foraj reprezinta partea fixa a masinii macara-geamblac Se monteaza in

grupul mastului pe grinzi numite coroana geamblacului Este format dintr-un ax pe care se

monteaza un anumit numar de role (z+1) prin intermediul unor rulmenti Fiecare rola se misca

independent de celelalte (z-numarul de role de la macara) [1]

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

-geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţie romacircnească Avantajul acestui tip

constructiv este acela că este o construcţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

- 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

47

c geamblacul de foraj din două blocuri

- geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se pot roti şi interschimba asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

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

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

a geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

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

b geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

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 ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia [1]

Fig 331 Geamblac cu o roata separata

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 332

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

Alegerea geamblacului de foraj se face in functie de sarcina de lucru maxima de diametrul cablului utilizat de tipul cablului de manevra de tipul macaralei respectiv de tipul ansamblului macara-carlig

48

Pentru instalatia F200-2DH se alege unul din geamblacurile tipizate care sa indeplineasca cerintele impuse

Fig 33 2Geamblac monobloc 1 ndash suport (prin care GF se montează prin şuruburi de coroană ramă) 2ndash ax 3 ndash rolă roată 4 ndash rulment radial-axial cu role conice pe două racircnduri 5 ndash disc distanţier 6 ndash bucşă distanţieră 7 ndash ungător cu bilă (folosit pentru ungerea consistentă a rulmenţilor) (canalele de ungere sunt practicate icircn plan orizontal) 8 ndash placă de presare 9 ndash apărătoare

Pentru instalatia de foraj F 200 se va folosi un geamblac A 6 -32-1250GF-300 (-400C)(vezi [1] cap 54 tab56)adica geamblac de foraj cu 6 roţi role pe ax cu diametrul cablului de manevră de 32 mm

diametrul exterior al rolei de 1250 mm sarcina maximă de lucru 300tfşi temperatura de lucru de ndash

40degC Din tabelul 56 Cap 5 [1]se observă că acest tip de geamblac face parte din clasa

echipamentului (de manevră) 450

Tabel 33 Caracteristicile GeamblaculuiUnMas

Denumire 6-32GF-300Sarcina maxima la coroana geamblacului tf 400

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300Nr Roti manevra - 6

Diam cablului mm 32Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in functie de rulmenti US tonf 416Masa t 28

49

34Alegerea elevatorului 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

Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane de tubare (B-ElPCB) (bdquocasing slip

elevator-spiderrdquo icircn lb en) este o sculă de manevră care se foloseşte icircn timpul tubării puţurilor

atacirct pentru susţinerea coloanei de burlane (CB) ca broască cu pene aşezată pe masa rotativă

(MR) cacirct şi pentru săltarea din penele broaştei şi introducerea coloanei icircn puţ ca elevator (cu

pene) Deci aceste scule se folosesc icircn pereche icircn timpul tubării puţurilor una aşezată pe MR

susţine CB prin icircmpănare icircndeplinind funcţia de broască cu pene (vezi fig 341) iar cealaltă

care este susţinută icircn chiolbaşi avacircnd rolul de elevator (cu pene) se prinde tot prin icircmpănare pe

burlanul care s-a adăugat prin icircnşurubare la coloană saltă CB din broasca cu pene şi o susţine icircn

timpul introducerii ei icircn sondă (vezi fig 342)

Fig 342 Tragerea burlanului pe jilip cu ajutorul unui elevator de tras burlane pentru a fi icircnşurubat icircn

coloana susţinută icircn broasca cu pene

50

Fig 343 Varianta de elevator (cu pene) (cu inel ridicător) a broaştei-elevator cu pene cu două semicorpuri care este susţinută icircn ochiurile inferioare ale chiolbaşilor (11) icircn timpul introducerii coloanei de burlane (12) icircn puţul care se tubează 1 ndash corp carcasă 2 ndash umăr 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă de siguranţă 5 ndash corp de pană 6 ndash bacuri 7 ndash pacirclnie de ghidare 8 ndash cadru ridicător 9 ndash icircmpingătoare 10 ndash mecanism cu pacircrghii de ridicare

Din punct de vedere funcţional se deosebesc tipurile bull broască cu pene (BP) bull elevator cu pene (ElP)

Fig344 Broasca-elevator cu pene

51

In figura 344 este reprezentata Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane (broasca cu pene icircn partea de sus stanga elevatorul cu pene icircn partea dreapta şi vedere de sus a elevatorului cu pene icircn partea de jos) 1ndash corp 2ndash umăr braţ superior 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă (siguranţă pentru chiolbaşi) 5 ndash poartă uşă 6 ndash pene 7 ndash bacuri 8 ndash placă de sprijin (pe masa rotativă) 9 ndash guler de protecţie şi ghidare 10 ndash pacirclnie de ghidare HB ndash icircnălţimea broaştei cu pene HE ndash icircnălţimea elevatorului cu pene l ndash lăţimea broaştei-elevator

Alegerea elevatorului cu pene se face din conditiile urmatoare

FPgtFCBM

(341)

unde

FPleFBminusEl PCB

(342)

Studiind oferta companiei STEROM SA Cacircmpina conform ([1] cap 8 tab88) se alege un elevator cu pene de tipul

B-ElPCB 4frac12 ndash 13⅜ in x 350 ts (9⅝ x 275 ts x 8⅝) (ndash 45ordmC)

icircnseamnă broască-elevator destinată utilizării pentru burlane cu diametrul nominal cuprins

icircntre 4frac12 in şi 13⅜ in (inclusiv) cu sarcina nominală (sarcina maximă de lucru) de 350 ts (320tf)

echipată cu pene set de pene de 958 in cu sarcina nominală (maximă de lucru) de 275 ts (250 tf)

icircn care sunt montate bacuri de 858 in adică această broască-elevator este echipată pentru susţinerea

unei CB de 858 care determină icircn timpul manevrei ei o sarcină maximă la cacircrlig de cel mult 275ts

(250 tf) Ea este executată să lucreze icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash 45 ordmC

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

21t∙981ms2 =20601kN

35 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatorul pentru prăjini de foraj (ElPF) (bdquodrill pipe elevatorrdquo icircn lb en) este o sculă de

manevră care se foloseşte pentru susţinerea garniturii de foraj (GarF) icircn timpul extragerii şi

introducerii ei icircn sondă El prinde sub mufa PF şi este agăţat prin umerii săi icircn ochiurile

inferioare ale chiolbaşilor

ElPF se compune din

52

ndash două corpuri articulate care se icircnchid pe PF prevăzute cu cacircte un umăr cu care se suspendă icircn

ochiurile inferioare (mici) ale chiolbaşilor

ndash icircnchizatorul celor două corpuri

ndash eclise cu bolţuri prinse icircn umeri pentru asigurarea contra ieşirii chiolbaşilor

Elevatoarele se deosebesc prin forma lor modul de icircnchidere a celor două corpuri şi forma

suprafeţei de rezemare a prăjinilor

Din punctul de vedere al icircnchiderii se diferenţiază

ndash ElPF cu icircnchidere centrală (ElPFIcircC)

ndash ElPF cu icircnchidere laterală (ElPFIcircL)

După forma suprafeţei de sprijin al PF se disting

ndash ElPF cu scaun drept (ELPFSD) deci cu suprafaţă de rezemare dreaptă folosite pentru

manevrarea prăjinilor de foraj cu racorduri speciale sudate cu umăr drept (RSSUD) sau cu

racorduri icircnfiletate [1]

Fig 351 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun conic

ndash ElPF cu scaun conic (ElPFSC) care dispun de o suprafaţă de rezemare interioară tronconică cu unghiul de icircnchidere standardizat de 18deg ca şi mufele racordurilor speciale sudate cu umăr conic (RSSUC)

53

Fig 352 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun dreptElevatoarele sunt tipizate prescripţiile generale fiind prevăzute de API Spec 8A [85] şi

Spec 8C [86] Icircn fig 88 este reprezentat un ElPF cu scaun conic iar icircn fig 89 un ElPF cu scaun

drept

In figura 34 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic

Fig 34 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Alegerea elevatorului pentru prajini se face in functie de tipul prajinilor de foraj

1 Daca prajinile sunt cu recorduri speciale infiletate atunci cu scaun drept

2 Daca prajinile sunt cu racorduri speciale sudate atunci cu scaun conic

La alegerea elevatorului trebuie indeplinita conditia

FElgtFGar FMn

(sarcina normala utila de la carlig) (351)

icircn care FGar FM

este sarcina maximă care apare icircn timpul manevrării garniturii pacircnă la adacircncimea

maximă de foraj a puţului respectiv

54

Pentru că prăjinile de foraj sunt cu RSSUC si FGar FM

=122863kN conform tabelului 85

[1] cap 8 se alege un elevator cu scaun conic cu urmatoarea nominalizare

Elevator cu scaun conic 4frac12 x 1214 x 250 adica

elevator cu scaun conic cu dimensiunea nominală de 4frac12 ( pentru prăjini de foraj cu

RSSUC cu diametrul nominal de 4frac12 DPF = 4frac12) cu diametrul interior de 1214 mm (ceea ce

icircnseamnă că se utilizează pentru prăjini cu capetele fie cu II fie cu IEI (conform tabelului 85 cap

8) şi cu sarcina maximă de lucru de 250 tf cu masa mEl=1828kg conform NR 05-1018R STEROM

SA

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

ELpF= mEl middot g (253)

GEl = 1828 kg middot 981 ms2 = 18 kN

36Alegerea chiolbasilor

Chiolbaşii (Ch) (bdquothe drilling linksrdquo bdquoelevator linksrdquo icircn lb en) denumiţi şi bdquobraţele de

elevatorrdquo sunt scule de foraj care fac legătura icircntre cacircrlig şi elevator fiind utilizaţi icircn timpul

manevrei garniturii de foraj (GarF) şi coloanelor de burlane (CB)

Ei se agaţă cu ochiurile superioare de umerii cacircrligului şi susţin cu ochiurile lor inferioare

elevatorul prin umerii acestuia (vezi fig 361) Astfel sarcina datorată GarF sau CB este

preluată prin intermediul elevatorului de către Ch care o transmit cacircrligului [1]

55

Fig 361 Ansamblul format din macara-cacircrlig chiolbaşi şi elevator icircncare este susţinută garnitura de foraj icircn timpul manevrei acesteia

Din punct de vedere al sarcinii de lucru exista 3 tipuri de chiolbasi

1 Usor (sarcini mici)

2 Mediu (sarcini medii)

3 Greu (sarcini mari)

Tipul usor are forma de za alungita iar cel mediu si greu ndash de bara prevazuta la ambele capete cu

ochiuri

Chiolbasii se executa prin forjare in matrita dintr-o singura bucata de otel slab aliat de

constructii pentru a se asigura o rezistenta mare atat prin fibrajul obtinut prin procedeul tehnologic

respective cat si prin compozitie si prin TT folosit

Fig 362 Diferite tipuri de chiolbaşi

Alegerea chiolbasilor se face in functie de sarcina de lucru si de lungimea nominala

Fig 363 Tipurile de chiolbaşi şi dimensiunile lor principale a ndash chiolbaş de tipul uşor b ndash chiolbaş de tipul mediu c ndash chiolbaş de tipul greu C2 ndash raza de curbură interioară a ochiului superior G1 ndash raza de curbură interioară a ochiului

56

inferior D2 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului superior cu umărul cacircrligului H1 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului inferior cu umărul elevatorului d d1 ndash diametrul barei L ndash lungimea de lucru (dintre

punctele de sprijin pe umărul cacircrligului şi pe umărul elevatorului)

Conform normelor prevazute pentru F200-2DH se aleg chiolbasi de tip greu serie Chiolbaşi 69 x 2100 x 320

Gama de sarcini Fch = 320 tf perDimensiuni principale- d1 = 85 mm- C2 = 108 mm

- G1 =70 mm- D2 = 34 mm - H1 = 345 mm- Lungimea totala Lch = 2100 mm- Masa netă informativă mch = 247 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (36)

GCh = 247 kg middot 981 ms2 = 243 kN

37Alegerea cablului de manevra

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

1 la manevră cablul de manevră sau de foraj

2 la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcărit

3 la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancoră

4 pentru rabaterea turlei cablul de praştie

5 la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electrici

Cablurile 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

57

1 de acelaşi diametru 5 la fire2 de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 371)

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

Fig 371 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

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

1 organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)

2 metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)

3 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 ]

58

Fig 372 Cablarea a ndash icircnfăşurarea spre dreapta b ndash icircnfăşurarea spre stacircngac ndash cablarea icircn cruce stacircnga (ZS) d ndash cablarea icircn cruce dreapta (SZ)e ndash cablarea paralelă dreapta (ZZ) f ndash cablarea paralelă stacircnga (SS)

Alegerea cablului se face pe baza sarcinii sale reale minime de rupere (Srm) astfel icircncacirct să fie satisfăcută condiţia de rezistenţă (vezi [1])

Srm gecM middot FM (37)

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

CM - coeficientul de siguranţă pentru operatiile de tubare si instrumentatie care se accepta egal cu

valoarea 2 conform API Spec9B iar FM ste forta maxima din RA a infasurarii cablului Ea se

determina cu expresia[1]

(372)

in care FM este forta totala care actioneaza asupra ramurilor din cablu z ndash nr de role de la macaraηMminusG - randamentul masinii macara-geamblac la ridicareRandamentul masinii macara-geamblac la ridicare se obtine cu relatia (cf[1])

ηMminusG=β2 ∙Zminus1

2 ∙ Z ∙ β2 ∙Z ∙ ( βminus1 ) (373)

unde β este inversul randamentului unei role

β= 1ηRo

(374)

pentru care se admite valoarea β =104 conform API iar ηRo =096 (API) randament role

59

FM=FM

2sdotzsdotηM minusG

Conform tipului de ansamblu MC ales z =5 Atunci rezultă

ηMminusG =

1 04225minus12sdot5sdot1 042sdot5 (1 04minus1 )

=0 811

Forţa F M se calculează cu expresia (conform [1])

FM =F M +GoTsdot(1+

ac(M )

g )

(375)

unde FM

este sarcina maxima utila la carlig GoT - greutatea moarta la tubare g- acceleratia

gravitationala g= 981 ms2 ac(M )

- acceleratia miscarii carligului are valori cuprinse in domeniul

[0515]∙ ms2

Greutatea moartă la tubare se determină ţinacircnd cont de greutatea elementelor ansamblului

MC a chiolbaşilor (Ch) a elevatorului cu pene (ElP) şi a ramurilor de cablu dintre macara şi

geamblac

GoT =

GMC+G ch+GEl P+GCM

(376)

Deoarece la acest moment nu se cunoaşte tipodimensiunea cablului şi ca urmare masa sa unitară se face aproximaţia

GoT iquestGMC+G ch+GEl P (377)

rezulta

GOT=8446 kN+243kN+20601 kN=1075 kN

Ştiind tipul IF se determină

FM

=200tf= 200∙981 =1962kNSe accepta

ac(M )=1 m s2

si se obtine

FM =1962 kN+107 5 kNsdot(1+ 19 81 )=2080 46 kN

60

Se calculeaza

F =

2080 46 kN2sdot5sdot0 811

=256 531 kN

Se determină sarcina reală minimă de rupere necesară a cablului cu formula

Srmnec gecM middot FM (378)

c M=2 ( conform API) si rezulta

Srmnec =2∙256531kN=513062kN

Se alege un cablu Seale cu o măsură a lui Srm astfel icircncacirct să fie icircndeplinită condiţia următoare

Sr mgtSr m nec

(379)

Ca urmare din [1] tabelul 52 se constată că se poate alege

Cablu Seale 6x19-32-1570 SZ STAS1689-80

caracterizat prin

nT=6 nr toroane

n f=19=1+9+9 nr fire din fiecare torondc=32 mm diametrul nominalRm=1570 MPa rezistenta minima de rupere a sarmelorSr m=531 32 kN sarcina reala minima de rupered0=3 mm diametrul sarmelor centraled1=1 45 mm diametrul sarmelor intermediared2=26 mm diametrul sarmelor exterioarem1 C=3 89 kg m masa unitara

Tipul cablării cruce dreapta (SZ) adică sensul de icircnfăşurare a firelor icircn toron este spre stanga(S) iar sensul de icircnfăşurare a toroanelor icircn cablu este spre dreapta (Z)Sr m=531 32gtSr nec=513 062 kN

Deci conditiaSr mgtSr nec este satisfacuta

Se reia calculul pentru verificare

61

Trebuie sa recalculam FM tinand cont si de greutatea cablului GCM

GCM =2sdotzsdotlr CM(M ) sdotqc (3710)

qc - greutatea unitara a cabluluiqc =m1 Csdotg (3711)

qc =3 89 kg msdot9 81 m s2=38 161 N mlr CM(M ) =(15 m+lp )+sminuslb (3712)

lr CM(M )

=(15 m+27 m)+65 mminus9 m=26 m

in care s=65m ndash spatiu de siguranta lb=9m lungimea unui burlanlp=27m lungimea pasului

GCM=2sdot5sdot26 msdot38 161 N m=9 922 kN

GoT=107 5 kN+9 922kN=117 422kN

Pentru IF F200-2DH vom avea

F =

2091 413 kN2sdot5sdot0 811

=257 88 kN

c M=Sr m

F c M=531 32kN

257 88 kN=2 06gtc=2

Tabelul 375 Parametrii caracteristici ai cablurilor Seale 6 x 19 conform STAS 1689-80

38 Alegerea troliului de foraj

62

FN=200sdot9 81kN+117 442kN (1+ 19 81

)=2091 413kN

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

Fig172 Reducţii de legătură icircntre prăjina de antrenare (PA) şi racordul special (RS) denumite RLRS a ndash

reducţie dreaptă (pentru icircmbinări filetate cu aceleaşi dimensiuni) b ndash reducţie icircn trepte (pentru icircmbinări filetate cu

dimensiuni diferite)

Se alege o prajina de antrenare forjata patrata avand elementul de imbinare superioara de

tipul mufa cu filet stanga de tipul 658 REG pentru asamblarea cu reductie cap hidraulic(RLCH)

Pentru ansamblul superior al garniturii de foraj s-a stabilit ca se iau prajini de foraj de 4 12 in cu

racorduri speciale sudare(RSS) cu IEI si tipodimensiunea IFU NC 46

Ca urmare conform tabelului 1 aplicatia 7 se alege prajina de antrenare in varianta

constructiva 1(standard) cu dimensiunea nominala de 4 frac14 in Se foloseste o RLPA dreapta de

tipul mufa(NC46)-cep(NC46) ca in figura 172 a

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 infDPA

mm(in)DPAi mm

a mm

lPA m

mPAkg

1cep

6 58 REGmufăNC46

mufă6 58

REG

cepNC46

A (dreapta) NC46-NC46

108(4 14)

714 108 12192 800

30

18 Alegerea tipului de instalatie de foraj

Instalaţia de foraj reprezintă totalitatea maşinilor utilajelor si instalaţiilor necesare săpării unei sonde

Studiul pe sisteme al instalaţiilor de foraj corespunde principalelor operaţii care se efectuează

pentru forarea unei sonde precum si principalelor grupe de maşini si utilaje care intra in

componenta acestor instalaţii

Sistemele de lucru ale unei instalaţii de foraj sunt

1 Sistemul de manevra mdash SM- cu ajutorul căruia se realizează ridicarea si coboracircrea

sarcinilor

2 Sistemul de circulaţie - SC - care asigura circulaţia fluidului de foraj

3 Sistemul de rotire - SR - care realizează rotirea garniturii de prăjini in timpul forajului

In cazul instalaţiilor de foraj transportabile apare si sistemul de transport

Pentru asigurarea condiţiilor de funcţionare a sistemelor de lucru instalaţia de foraj mai

cuprinde sistemul de comenzi instalaţia de preparare si curăţare a fluidului de foraj dispozitive

de mecanizare si automatizare ansamblul de scule materialul tubular [1]

Alegerea instalaţiei de foraj se face pe baza sarcinii maxime utile (sarcinii maxime de lucru) FM (V APLICATIA 9)

In aplicatiile anterioare s-au determinat greutatile fiecarei coloane de burlane si anume

GCI(I)= 1413516 kN GCE= 722187kN

Rezulta ca cea mai grea CB GCBM=max GCI(I) GCE=1413516 kN

S-au ales pentru forajul putului de exploatare prajini grele cu DPG=6 in=1524 mm

DPGi=2 1316 in= 715 mm m1PG = 1115 kgm qPG=1094kNm LAnPG=135 m

Se determina greutatea AnPG

GAn PG=qPGsdotL An PG

(181)

si se obtine

GAnPG=1094kNm135m=14769kN

Greutatea unitara a PFse calculeaza folosind formula

qPF=m1 PFsdotg (182)

qPF=33kgm

sdot9 81m

s2=323 73

Nm

31

Greutatea AnS va fi

GAn S=qPFsdotLAn S (183)

GAn S=323 73Nm

sdot3 339sdot103 m=1080 934kN

Greutatea GarF se obtine insumand greutatea AnPG si greutatea AnS

GGar F=GAn PG+GAn S (184)

Se obtine

GGar F=147 69 kN+1080 934 kN=1228 624 kN

Se considera ca cea mai grea GarF este garnitura utilizata pentru forajul putului de exploatare

GGar F M=1228 624 kN

Alegerea IF se face pe baza sarcinii nominale de la carlig si a tipului de actionare

FM =max FM T FM D (185)

Sarcina maxima utila de tubare se calculeaza cu formula[1]

FM T

=GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+(1+kmf( M ) )sdot

ac

( M )

g ] (186)

in care

k r(M )estecoeficientul fortei de frecare la ridicarea coloanei de burlane intre peretele putului si

fluidul de foraj k mf(M )minusiquestcoeficientul de masa al fluidului de foraj din interiorul coloanei aderent la

coloana ac(M )- acceleratia miscarii carligului in cazul ridicarii sarcinii normale

kDij- coeficientul diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

ρ0 ndashdensitatea otelului din care sunt confectionate burlanele

ρf -densitatea fluidului de foraj

Coloana fiind considerată plină cu fluid de foraj cu aceeaşi măsură a densităţii ca şi aceea

din interiorul puţului forat coeficientul k mf(M ) se determină cu formula [1]

k m f=ρf

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1] (187)

unde DCB este diametrul nominal al CB GCBM ndash greutatea celei mai grele coloane de burlane Sfa- grosimea startului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al coloanei de burlane

32

LCB ndash lungimea CB lj ndash lungimea tronsonului de ordinul j kDij ndash coef diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

K Dij=Dibj

DCB

(188)

Pentru CI(I) de 858in vom avea

DCI(I)=858in= 2191 mmntCI(I)=6

sB jisin 10 16 10 16 8 94 10 16 10 16 11 43 mmDi B jisin 198 8 198 8 2012 198 8198 8 196 8 mm

k Di jisin 0 907 0 907 0 918 0 907 0 907 0 898 l jisin 255 325 460 520 395 705 m

LCI(I)=HCI(I)=2660m

=125tm3

sf a=0 653 mm grosimea stratului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al CB

iquestsumj=1

6

(1minusk Di j2 )sdotl j=

(1-09072)sdot255+(1minus09072 )sdot325+(1-09182 )sdot460+ (1minus09072 )sdot52 0++ (1-09072)sdot39 5+(1minus0 8982)sdot705=473 972 m

Se admite

k r(M )=02

si ac

(lt M )=1 ms2 Se obţine

Sarcina maxima utila la tubare

FM T =1413 516 kN sdot[(1minus1 25 t m3

7 85 t m3 )sdot(1+02 )+ (1+0 745 )sdot 19 81 ]=1677 556 kN

Sarcina maxima utila de degajare a celei mai grele garnituri de foraj se determina cu relatia[1]

FM D =GGar F Msdot(1minus ρ f

ρo)+FD M

FD M este forta de degajare maxima FD M =300kN

33

k m f(M )=

ρ f

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

5

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1]=

Măsura lui FDM se apreciază icircn funcţie de măsura lui HM conform tabelului 1 aplicatia 9

FM D =1228 624 kNsdot(1minus1 25 t m3

7 85 t m3)+300 kN=1332 983

kN

Conform rezultatelor de mai sus se obtineFM

=max 1677 556 1332983 kN=1677 556 kN 9 81≃171 0047 tf

Ca urmare se poate alege o IF transportabilă pe cale terestră pe subansamble (SAn) din clasa F 200 (vezi [1])

Tipul acţionării se alege icircn funcţie de posibilitatea de alimentare cu energie electrică a IF icircn

zona de amplasare de instalaţiile aflate icircn dotarea firmei de foraj şi de costul comparativ al

combustibilului şi al energiei electrice din perioada cacircnd o să lucreze instalaţia icircn situaţia icircn care

firma dispune de instalaţii cu acţionări neautonome sau autonome

Se admite că situaţia din zona de amplasament a IF impune o acţionare de tipul DH Avacircnd

icircn vedere acest lucru rezultă că se poate alege o IF de tipul

F-200-2DH (T(SAn))

19 Concluzii

Pe baza datelor luate din materialul didactic si standardele nationale cat si internationale s-a

facut un calcul teoretic de alegere al instalatiei de foraj Luand in consideratie ca mediul real poate

aduce un aport negativ asupra calculelor teoretice in rezultatele prezentate mai sus s-au luat niste

coeficienti de siguranta care sa acopere riscurile posibile totodata s-a constatat ca desi pentru

Sonda 7 Pacurari este necesara o instalatie mai mica decat cea aleasa am fost nevoit sa aleg anume

F200-2DH deoarece conditiile tehnico-economice presupun utilizarea tipului utilajului folosit deja

in industria petroliera si standardizat conform normelor STAS si API

2 PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

21 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

34

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

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 arborele 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 [1]

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 MBM 820 cu supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului DH de tipul GF-820+CHC-750-2 sunt

prezentate icircn fig 21 Se analizează dependenţele funcţionale reprezentate de aceste curbe (vezi

aplicatia 13)

35

Fig 2 1 Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului de acţionare de tipul DHformat din GF 820 şi CHC-750-2 pentru reglarea motorului diesel la sarcină plină

şi funcţionarea lui cu gradul maxim de accelerare (la care puterea maximă amotorului este puterea nominală Pn) şi funcţionarea lui cu gradul maxim deaccelerare MI MII ndash momentul dezvoltat la arborele primar (I) respectiv laarborele secundar (II) al CHC ωI ωII ndash viteza unghiulară PI PII ndash puterea

ηCHC ndash randamentul CHC

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (210)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (211)

Tabel 311 Parametrii functionali ai grupului de actionare GF-820 + CHC-750-2

36

Fig 211 Curba caracteristica exterioara a CHC este o caracteristica flexibila cresterea momentului rezistent este

preluata de CHC prin reducerea importanta a vitezei unghiulare a arborelui secundar

Din aceste grafice se deduce ca pentru ηm= 07 DEF al CHC-750-2 reprezentat prin ηCH ϵ

[0700 0847] nII ϵ [275 950] rotmin MII ϵ [14730 4000] kNm

Din datele obinute rezulta avantajele utilizarii CHC in cadrul GA de tipul DH

1 CHC lucreaza ca un variator continuu de viteza adica ωII se modifica automat si continuu odata cu variatia momentului rezistent aplicat arborelui secundar astfel se spune ca CHC isi regleaza regimul de functionare deci CHC permite o autoadaptare a GA la sarcina

2 Utilizarea CHC simplifica lantul cinematic al IF37

3 CHC protejeaza motorul Diesel impotriva suprasarcinilor si a socurilor transmise de la antorul sistemului de lucruinclusive in situatia blocarii secundarului

Fig 212 Curbele caracteristice pentru sarcina plina ale motorului MBM-820 si curba puterii in functie de sarcina plina a aceluiasi motor

22 Alegerea modului de acţionare

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

38

Instalaţiie 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[1]

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

39

Fig 221 Schema structural-functionala a unei instalatii de foraj cu mod de actionare centralizatin varianta MAC2 cu

actionare DH

S-a ales varianta MAC2 in care PN este actionata separat formand impreuna cu GA si transmisiile mecanice respective un grup motopompa (GMP) dupa cum TA este DH vezi 1[1])

23 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

1 pompe centrifuge pentru hidrocicloane2 site vibratoare 3 agitatoare4 pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de foraj5 pompe centrifuge pentru apa6 pompe centrifuge pentru chimicale7 pompe pentru reziduuri8 pompe pentru combustibil9 comanda hidraulica a prevenitoarelor10 instalaţie pentru uscarea aerului11 agregate pentru icircncălzire12 maşini-unelte13 agregat pentru sudura

40

14 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

Tabel 231 Consumatorii auxiliari de forta utilizati in cadrul IF de tipul F200-2DH si puterea lor

NrCrt

Denumirea consumatorilor Puterea motorului

kW

NrmotoarePuterea totala

kW

A Instalatia de foraj propriu-zisa

1 Site virbatoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 10 75

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa racire troliu 75 1 75

5 Pompa apa racire frina hidraulica 75 1 75

6 Pompe instalatie amestec chimicale 3 2 6

7 Pompe combustibil 3 2 6

8 Pompe ulei 15 1 15

9 Pompe de preparare a fluidului de foraj 75 2 150

10 Pompa baterie denisipare 55 1 55

11 Pompa baterie desmiluire 50 1 50

12 Instalatie degazeificare 5 1 5

13 Degazeificator 30 1 30

14 Instalatie de preparare centrifuga 20 3 60

15 Instalatie transport material pulverulent 4 1 4

16 Dispozitiv salvare garnitura 20 1 20

17 Dispozitiv strins-slabit 11 1 11

18 Dispozitiv manevra prajini grele 75 1 75

19 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

20 Pod tubaj reglabil 75 1 75

21 Instalatie comanda prevenitoare 11 1 11

41

22 Instalatie de uscare aer 15 1 15

23 Instalatie iluminat normal 18 1 18

24 Instalatie iluminat siguranta 08 1 08

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

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

PCsAF = 5928 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

24 Calculul puterii instalate

Puterea instalata a IF (Prsquo) reprezinta puterea motoarelor utilizate pentru actionarea

antoarelor principale a celor auxiliare si pentru actionarea celorlalte utilaje si instalatii folosite

pentru executarea diverselor operatii auxiliare

Prsquo = P + PCsAF (241)

P = n Pn (242)

Pn-Puterea nominala a motorului MB820 Pn= 655 kW

n-numarul de motoare folosite

P = (2+2) ∙ PnP = (2 + 2) 655kW = 2620 kW

Prsquo= 2620 kW + 5928 kW = 32128 kW

25 ConcluziiIn capitolul 2 s-au ales grupurile de actionare Alegerea s-a facut pe baza analizei

parametrilor motoarelor si caracteristicile acestora s-a evidentiat modul de utilizare al acestor

grupuri de actionare astfel incat sa fie satisfacute conditiile de tehnologicitate si economicitate

Acest lucru s-a facut pentru a obtine niste parametri de lucru cat se poate eficienti si economici

deoarece in cazul neindeplinirii uneia din conditii se pot intampla atat stagnari ale procesului

normal de foraj (uneori poate chiar si cu consecinte catastrofale) cat si pierderi financiare mari

42

3 ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ SI PREZENTAREA PARAMETRILOR SI CARACTERISTICILOR LOR

31Alegerea capului hidraulic

Fig31 Secţiune prin CH (reprezentare schematică (a) şi reprezentare constructivă (b))1 ndash corp (oală) 2 ndash bolţ 3 ndash toartă (biglu) 4 10 ndash rulment cu role cilindrice (de ghidare) 5 11 ndash garnituri de

etanşare 6 ndash rulment axial principal cu role conice 7 ndash fus 8 ndash reducţie 9 ndash rulment axial secundar cu bile 12 ndash felinar (capac) 13 ndash lulea 14 ndash piuliţă inferioară 15 ndash ţeavă de spălare 16 ndash cutie de etanşare 17 ndash etanşarea icircntre

partea superioară a ţevii de spălare şi lulea 18 ndash piuliţă superioară 19 ndash şuruburi de fixare

Capul hidraulic [1] (CH) este un utilaj care face parte din ansamblul de antrenare a GarF

El reprezinta nodul de legatura intre cele trei echipamente principale (EqPr) ale IF echipamentul

de circulatie (EqC) echipamentul de rotatie (EqR) si de manevra (EqM)

CH este suspendat in ciocul cirligului triplex cu ajutorul toartei sale La randul sau CH sustine

garnitura de foraj prin intermediul reductiei de legatura si al prajinii de antrenare De luleaua CH

se monteaza furtunul de noroi

43

Ca urmare functiunile CH sunt

1 Sustinerea GarF in timpul forajului

2 Permiterea rotatiei GarF

3 Conducerea fluidului de forajsub presiunede la FN la PA prin lulea teava de spalare

fus si RLCHin cazul circulatiei directe

Marimile fizice principale ale CH1 marimile functionale

- sarcina de lucru maxima

- turatia maxima a fusului

- presiunea maxima a fluidului de foraj

2 marimile dimensional-constructive

- diametrul interior al tevii de spalare

- tipo-dimensiulnile de legatura

3 marimile de anduranta

- sarcina limitacapacitatea in functie de rulmentul principal

- durabilitatea rulmentului principal

- durabilitatea etansarii tevii de spalare

Fig 31 Capul hidraulic (CH) montat icircn ciocul cacircrligului icircn timpul forajului

Alegerea capului hidraulic se face pe baza sarcinii maxime de lucru (FCH M

) si trebuie sa echipeze instalatia de foraj F200-2DH [1]

44

FCH M

geF M

(31)

FM =200 tf

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

(32)

Capetele hidraulice construite icircn Romacircnia sunt tipizate conform SR 5736 [66] care este

elaborat icircn concordanţă cu API Spec 8A [67] şi API Spec 8C [68]

Din tab 62 Cap 6 6 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH ndash 320 (ndash40degC) SR 5736

necesar instalaţiei de foraj alese F200

CHndash320 (ndash40degC) SR 5736 este un cap hidraulic echipat cu rulment axial-oscilant cu role

butoi cu sarcina maximă de lucru de 320tf care lucrează icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash

40degC

Conform SR 5736 acest tip de CH se caracterizează şi prin

Sarcina limită sau capacitatea maximă icircn funcţie de rulmentul principal FRLCH=147tf

pM = 35MPa nM = 300 rotmin di = 762 mm LP 4 (filetul de legătură al lulelei cu FF) 6⅝

REG LH (filetul de legătură cu RLCH)

32Alegerea ansamblului macara carlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 32 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]

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia [1]

FMC ge FCM (321)

Din tab32 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32-1250 MC -300 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii

45

Tabel 31 Caracteristicile Ansamblului Macara-Carlig

Tabelul 32 Tipurile de macarale-cacircrlig construite icircn Romacircnia şi caracteristicile lor (cf [69])

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (32)

GMC =8610t middot 981 ms2 = 84464 kN

46

UnMas F200Denumire 5-32MC-300

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300

Nr Roti manevra - 5

Diam cablului mm 32

Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140

Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in f-ie de rulmenti US tonf 347

Masa t 8610

Fig 32 Construcţia ansamblului-cacircrlig mono-bloc 1 ndash cacircrlig triplex 2 ndash bolţ 3 ndash pahar şi rulment axial 4 ndash tijă 5ndash piston 6 ndash arcuri de destindere 7 ndash piesă de legătură icircntre ansamblul cacircrligului şi macara 8 ndash axul macaralei 9 ndash role 10 ndash rulmenţii macaralei 11 ndash plăci laterale

33Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul de foraj reprezinta partea fixa a masinii macara-geamblac Se monteaza in

grupul mastului pe grinzi numite coroana geamblacului Este format dintr-un ax pe care se

monteaza un anumit numar de role (z+1) prin intermediul unor rulmenti Fiecare rola se misca

independent de celelalte (z-numarul de role de la macara) [1]

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

-geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţie romacircnească Avantajul acestui tip

constructiv este acela că este o construcţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

- 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

47

c geamblacul de foraj din două blocuri

- geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se pot roti şi interschimba asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

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

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

a geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

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

b geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

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 ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia [1]

Fig 331 Geamblac cu o roata separata

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 332

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

Alegerea geamblacului de foraj se face in functie de sarcina de lucru maxima de diametrul cablului utilizat de tipul cablului de manevra de tipul macaralei respectiv de tipul ansamblului macara-carlig

48

Pentru instalatia F200-2DH se alege unul din geamblacurile tipizate care sa indeplineasca cerintele impuse

Fig 33 2Geamblac monobloc 1 ndash suport (prin care GF se montează prin şuruburi de coroană ramă) 2ndash ax 3 ndash rolă roată 4 ndash rulment radial-axial cu role conice pe două racircnduri 5 ndash disc distanţier 6 ndash bucşă distanţieră 7 ndash ungător cu bilă (folosit pentru ungerea consistentă a rulmenţilor) (canalele de ungere sunt practicate icircn plan orizontal) 8 ndash placă de presare 9 ndash apărătoare

Pentru instalatia de foraj F 200 se va folosi un geamblac A 6 -32-1250GF-300 (-400C)(vezi [1] cap 54 tab56)adica geamblac de foraj cu 6 roţi role pe ax cu diametrul cablului de manevră de 32 mm

diametrul exterior al rolei de 1250 mm sarcina maximă de lucru 300tfşi temperatura de lucru de ndash

40degC Din tabelul 56 Cap 5 [1]se observă că acest tip de geamblac face parte din clasa

echipamentului (de manevră) 450

Tabel 33 Caracteristicile GeamblaculuiUnMas

Denumire 6-32GF-300Sarcina maxima la coroana geamblacului tf 400

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300Nr Roti manevra - 6

Diam cablului mm 32Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in functie de rulmenti US tonf 416Masa t 28

49

34Alegerea elevatorului 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

Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane de tubare (B-ElPCB) (bdquocasing slip

elevator-spiderrdquo icircn lb en) este o sculă de manevră care se foloseşte icircn timpul tubării puţurilor

atacirct pentru susţinerea coloanei de burlane (CB) ca broască cu pene aşezată pe masa rotativă

(MR) cacirct şi pentru săltarea din penele broaştei şi introducerea coloanei icircn puţ ca elevator (cu

pene) Deci aceste scule se folosesc icircn pereche icircn timpul tubării puţurilor una aşezată pe MR

susţine CB prin icircmpănare icircndeplinind funcţia de broască cu pene (vezi fig 341) iar cealaltă

care este susţinută icircn chiolbaşi avacircnd rolul de elevator (cu pene) se prinde tot prin icircmpănare pe

burlanul care s-a adăugat prin icircnşurubare la coloană saltă CB din broasca cu pene şi o susţine icircn

timpul introducerii ei icircn sondă (vezi fig 342)

Fig 342 Tragerea burlanului pe jilip cu ajutorul unui elevator de tras burlane pentru a fi icircnşurubat icircn

coloana susţinută icircn broasca cu pene

50

Fig 343 Varianta de elevator (cu pene) (cu inel ridicător) a broaştei-elevator cu pene cu două semicorpuri care este susţinută icircn ochiurile inferioare ale chiolbaşilor (11) icircn timpul introducerii coloanei de burlane (12) icircn puţul care se tubează 1 ndash corp carcasă 2 ndash umăr 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă de siguranţă 5 ndash corp de pană 6 ndash bacuri 7 ndash pacirclnie de ghidare 8 ndash cadru ridicător 9 ndash icircmpingătoare 10 ndash mecanism cu pacircrghii de ridicare

Din punct de vedere funcţional se deosebesc tipurile bull broască cu pene (BP) bull elevator cu pene (ElP)

Fig344 Broasca-elevator cu pene

51

In figura 344 este reprezentata Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane (broasca cu pene icircn partea de sus stanga elevatorul cu pene icircn partea dreapta şi vedere de sus a elevatorului cu pene icircn partea de jos) 1ndash corp 2ndash umăr braţ superior 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă (siguranţă pentru chiolbaşi) 5 ndash poartă uşă 6 ndash pene 7 ndash bacuri 8 ndash placă de sprijin (pe masa rotativă) 9 ndash guler de protecţie şi ghidare 10 ndash pacirclnie de ghidare HB ndash icircnălţimea broaştei cu pene HE ndash icircnălţimea elevatorului cu pene l ndash lăţimea broaştei-elevator

Alegerea elevatorului cu pene se face din conditiile urmatoare

FPgtFCBM

(341)

unde

FPleFBminusEl PCB

(342)

Studiind oferta companiei STEROM SA Cacircmpina conform ([1] cap 8 tab88) se alege un elevator cu pene de tipul

B-ElPCB 4frac12 ndash 13⅜ in x 350 ts (9⅝ x 275 ts x 8⅝) (ndash 45ordmC)

icircnseamnă broască-elevator destinată utilizării pentru burlane cu diametrul nominal cuprins

icircntre 4frac12 in şi 13⅜ in (inclusiv) cu sarcina nominală (sarcina maximă de lucru) de 350 ts (320tf)

echipată cu pene set de pene de 958 in cu sarcina nominală (maximă de lucru) de 275 ts (250 tf)

icircn care sunt montate bacuri de 858 in adică această broască-elevator este echipată pentru susţinerea

unei CB de 858 care determină icircn timpul manevrei ei o sarcină maximă la cacircrlig de cel mult 275ts

(250 tf) Ea este executată să lucreze icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash 45 ordmC

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

21t∙981ms2 =20601kN

35 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatorul pentru prăjini de foraj (ElPF) (bdquodrill pipe elevatorrdquo icircn lb en) este o sculă de

manevră care se foloseşte pentru susţinerea garniturii de foraj (GarF) icircn timpul extragerii şi

introducerii ei icircn sondă El prinde sub mufa PF şi este agăţat prin umerii săi icircn ochiurile

inferioare ale chiolbaşilor

ElPF se compune din

52

ndash două corpuri articulate care se icircnchid pe PF prevăzute cu cacircte un umăr cu care se suspendă icircn

ochiurile inferioare (mici) ale chiolbaşilor

ndash icircnchizatorul celor două corpuri

ndash eclise cu bolţuri prinse icircn umeri pentru asigurarea contra ieşirii chiolbaşilor

Elevatoarele se deosebesc prin forma lor modul de icircnchidere a celor două corpuri şi forma

suprafeţei de rezemare a prăjinilor

Din punctul de vedere al icircnchiderii se diferenţiază

ndash ElPF cu icircnchidere centrală (ElPFIcircC)

ndash ElPF cu icircnchidere laterală (ElPFIcircL)

După forma suprafeţei de sprijin al PF se disting

ndash ElPF cu scaun drept (ELPFSD) deci cu suprafaţă de rezemare dreaptă folosite pentru

manevrarea prăjinilor de foraj cu racorduri speciale sudate cu umăr drept (RSSUD) sau cu

racorduri icircnfiletate [1]

Fig 351 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun conic

ndash ElPF cu scaun conic (ElPFSC) care dispun de o suprafaţă de rezemare interioară tronconică cu unghiul de icircnchidere standardizat de 18deg ca şi mufele racordurilor speciale sudate cu umăr conic (RSSUC)

53

Fig 352 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun dreptElevatoarele sunt tipizate prescripţiile generale fiind prevăzute de API Spec 8A [85] şi

Spec 8C [86] Icircn fig 88 este reprezentat un ElPF cu scaun conic iar icircn fig 89 un ElPF cu scaun

drept

In figura 34 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic

Fig 34 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Alegerea elevatorului pentru prajini se face in functie de tipul prajinilor de foraj

1 Daca prajinile sunt cu recorduri speciale infiletate atunci cu scaun drept

2 Daca prajinile sunt cu racorduri speciale sudate atunci cu scaun conic

La alegerea elevatorului trebuie indeplinita conditia

FElgtFGar FMn

(sarcina normala utila de la carlig) (351)

icircn care FGar FM

este sarcina maximă care apare icircn timpul manevrării garniturii pacircnă la adacircncimea

maximă de foraj a puţului respectiv

54

Pentru că prăjinile de foraj sunt cu RSSUC si FGar FM

=122863kN conform tabelului 85

[1] cap 8 se alege un elevator cu scaun conic cu urmatoarea nominalizare

Elevator cu scaun conic 4frac12 x 1214 x 250 adica

elevator cu scaun conic cu dimensiunea nominală de 4frac12 ( pentru prăjini de foraj cu

RSSUC cu diametrul nominal de 4frac12 DPF = 4frac12) cu diametrul interior de 1214 mm (ceea ce

icircnseamnă că se utilizează pentru prăjini cu capetele fie cu II fie cu IEI (conform tabelului 85 cap

8) şi cu sarcina maximă de lucru de 250 tf cu masa mEl=1828kg conform NR 05-1018R STEROM

SA

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

ELpF= mEl middot g (253)

GEl = 1828 kg middot 981 ms2 = 18 kN

36Alegerea chiolbasilor

Chiolbaşii (Ch) (bdquothe drilling linksrdquo bdquoelevator linksrdquo icircn lb en) denumiţi şi bdquobraţele de

elevatorrdquo sunt scule de foraj care fac legătura icircntre cacircrlig şi elevator fiind utilizaţi icircn timpul

manevrei garniturii de foraj (GarF) şi coloanelor de burlane (CB)

Ei se agaţă cu ochiurile superioare de umerii cacircrligului şi susţin cu ochiurile lor inferioare

elevatorul prin umerii acestuia (vezi fig 361) Astfel sarcina datorată GarF sau CB este

preluată prin intermediul elevatorului de către Ch care o transmit cacircrligului [1]

55

Fig 361 Ansamblul format din macara-cacircrlig chiolbaşi şi elevator icircncare este susţinută garnitura de foraj icircn timpul manevrei acesteia

Din punct de vedere al sarcinii de lucru exista 3 tipuri de chiolbasi

1 Usor (sarcini mici)

2 Mediu (sarcini medii)

3 Greu (sarcini mari)

Tipul usor are forma de za alungita iar cel mediu si greu ndash de bara prevazuta la ambele capete cu

ochiuri

Chiolbasii se executa prin forjare in matrita dintr-o singura bucata de otel slab aliat de

constructii pentru a se asigura o rezistenta mare atat prin fibrajul obtinut prin procedeul tehnologic

respective cat si prin compozitie si prin TT folosit

Fig 362 Diferite tipuri de chiolbaşi

Alegerea chiolbasilor se face in functie de sarcina de lucru si de lungimea nominala

Fig 363 Tipurile de chiolbaşi şi dimensiunile lor principale a ndash chiolbaş de tipul uşor b ndash chiolbaş de tipul mediu c ndash chiolbaş de tipul greu C2 ndash raza de curbură interioară a ochiului superior G1 ndash raza de curbură interioară a ochiului

56

inferior D2 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului superior cu umărul cacircrligului H1 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului inferior cu umărul elevatorului d d1 ndash diametrul barei L ndash lungimea de lucru (dintre

punctele de sprijin pe umărul cacircrligului şi pe umărul elevatorului)

Conform normelor prevazute pentru F200-2DH se aleg chiolbasi de tip greu serie Chiolbaşi 69 x 2100 x 320

Gama de sarcini Fch = 320 tf perDimensiuni principale- d1 = 85 mm- C2 = 108 mm

- G1 =70 mm- D2 = 34 mm - H1 = 345 mm- Lungimea totala Lch = 2100 mm- Masa netă informativă mch = 247 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (36)

GCh = 247 kg middot 981 ms2 = 243 kN

37Alegerea cablului de manevra

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

1 la manevră cablul de manevră sau de foraj

2 la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcărit

3 la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancoră

4 pentru rabaterea turlei cablul de praştie

5 la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electrici

Cablurile 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

57

1 de acelaşi diametru 5 la fire2 de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 371)

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

Fig 371 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

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

1 organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)

2 metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)

3 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 ]

58

Fig 372 Cablarea a ndash icircnfăşurarea spre dreapta b ndash icircnfăşurarea spre stacircngac ndash cablarea icircn cruce stacircnga (ZS) d ndash cablarea icircn cruce dreapta (SZ)e ndash cablarea paralelă dreapta (ZZ) f ndash cablarea paralelă stacircnga (SS)

Alegerea cablului se face pe baza sarcinii sale reale minime de rupere (Srm) astfel icircncacirct să fie satisfăcută condiţia de rezistenţă (vezi [1])

Srm gecM middot FM (37)

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

CM - coeficientul de siguranţă pentru operatiile de tubare si instrumentatie care se accepta egal cu

valoarea 2 conform API Spec9B iar FM ste forta maxima din RA a infasurarii cablului Ea se

determina cu expresia[1]

(372)

in care FM este forta totala care actioneaza asupra ramurilor din cablu z ndash nr de role de la macaraηMminusG - randamentul masinii macara-geamblac la ridicareRandamentul masinii macara-geamblac la ridicare se obtine cu relatia (cf[1])

ηMminusG=β2 ∙Zminus1

2 ∙ Z ∙ β2 ∙Z ∙ ( βminus1 ) (373)

unde β este inversul randamentului unei role

β= 1ηRo

(374)

pentru care se admite valoarea β =104 conform API iar ηRo =096 (API) randament role

59

FM=FM

2sdotzsdotηM minusG

Conform tipului de ansamblu MC ales z =5 Atunci rezultă

ηMminusG =

1 04225minus12sdot5sdot1 042sdot5 (1 04minus1 )

=0 811

Forţa F M se calculează cu expresia (conform [1])

FM =F M +GoTsdot(1+

ac(M )

g )

(375)

unde FM

este sarcina maxima utila la carlig GoT - greutatea moarta la tubare g- acceleratia

gravitationala g= 981 ms2 ac(M )

- acceleratia miscarii carligului are valori cuprinse in domeniul

[0515]∙ ms2

Greutatea moartă la tubare se determină ţinacircnd cont de greutatea elementelor ansamblului

MC a chiolbaşilor (Ch) a elevatorului cu pene (ElP) şi a ramurilor de cablu dintre macara şi

geamblac

GoT =

GMC+G ch+GEl P+GCM

(376)

Deoarece la acest moment nu se cunoaşte tipodimensiunea cablului şi ca urmare masa sa unitară se face aproximaţia

GoT iquestGMC+G ch+GEl P (377)

rezulta

GOT=8446 kN+243kN+20601 kN=1075 kN

Ştiind tipul IF se determină

FM

=200tf= 200∙981 =1962kNSe accepta

ac(M )=1 m s2

si se obtine

FM =1962 kN+107 5 kNsdot(1+ 19 81 )=2080 46 kN

60

Se calculeaza

F =

2080 46 kN2sdot5sdot0 811

=256 531 kN

Se determină sarcina reală minimă de rupere necesară a cablului cu formula

Srmnec gecM middot FM (378)

c M=2 ( conform API) si rezulta

Srmnec =2∙256531kN=513062kN

Se alege un cablu Seale cu o măsură a lui Srm astfel icircncacirct să fie icircndeplinită condiţia următoare

Sr mgtSr m nec

(379)

Ca urmare din [1] tabelul 52 se constată că se poate alege

Cablu Seale 6x19-32-1570 SZ STAS1689-80

caracterizat prin

nT=6 nr toroane

n f=19=1+9+9 nr fire din fiecare torondc=32 mm diametrul nominalRm=1570 MPa rezistenta minima de rupere a sarmelorSr m=531 32 kN sarcina reala minima de rupered0=3 mm diametrul sarmelor centraled1=1 45 mm diametrul sarmelor intermediared2=26 mm diametrul sarmelor exterioarem1 C=3 89 kg m masa unitara

Tipul cablării cruce dreapta (SZ) adică sensul de icircnfăşurare a firelor icircn toron este spre stanga(S) iar sensul de icircnfăşurare a toroanelor icircn cablu este spre dreapta (Z)Sr m=531 32gtSr nec=513 062 kN

Deci conditiaSr mgtSr nec este satisfacuta

Se reia calculul pentru verificare

61

Trebuie sa recalculam FM tinand cont si de greutatea cablului GCM

GCM =2sdotzsdotlr CM(M ) sdotqc (3710)

qc - greutatea unitara a cabluluiqc =m1 Csdotg (3711)

qc =3 89 kg msdot9 81 m s2=38 161 N mlr CM(M ) =(15 m+lp )+sminuslb (3712)

lr CM(M )

=(15 m+27 m)+65 mminus9 m=26 m

in care s=65m ndash spatiu de siguranta lb=9m lungimea unui burlanlp=27m lungimea pasului

GCM=2sdot5sdot26 msdot38 161 N m=9 922 kN

GoT=107 5 kN+9 922kN=117 422kN

Pentru IF F200-2DH vom avea

F =

2091 413 kN2sdot5sdot0 811

=257 88 kN

c M=Sr m

F c M=531 32kN

257 88 kN=2 06gtc=2

Tabelul 375 Parametrii caracteristici ai cablurilor Seale 6 x 19 conform STAS 1689-80

38 Alegerea troliului de foraj

62

FN=200sdot9 81kN+117 442kN (1+ 19 81

)=2091 413kN

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

18 Alegerea tipului de instalatie de foraj

Instalaţia de foraj reprezintă totalitatea maşinilor utilajelor si instalaţiilor necesare săpării unei sonde

Studiul pe sisteme al instalaţiilor de foraj corespunde principalelor operaţii care se efectuează

pentru forarea unei sonde precum si principalelor grupe de maşini si utilaje care intra in

componenta acestor instalaţii

Sistemele de lucru ale unei instalaţii de foraj sunt

1 Sistemul de manevra mdash SM- cu ajutorul căruia se realizează ridicarea si coboracircrea

sarcinilor

2 Sistemul de circulaţie - SC - care asigura circulaţia fluidului de foraj

3 Sistemul de rotire - SR - care realizează rotirea garniturii de prăjini in timpul forajului

In cazul instalaţiilor de foraj transportabile apare si sistemul de transport

Pentru asigurarea condiţiilor de funcţionare a sistemelor de lucru instalaţia de foraj mai

cuprinde sistemul de comenzi instalaţia de preparare si curăţare a fluidului de foraj dispozitive

de mecanizare si automatizare ansamblul de scule materialul tubular [1]

Alegerea instalaţiei de foraj se face pe baza sarcinii maxime utile (sarcinii maxime de lucru) FM (V APLICATIA 9)

In aplicatiile anterioare s-au determinat greutatile fiecarei coloane de burlane si anume

GCI(I)= 1413516 kN GCE= 722187kN

Rezulta ca cea mai grea CB GCBM=max GCI(I) GCE=1413516 kN

S-au ales pentru forajul putului de exploatare prajini grele cu DPG=6 in=1524 mm

DPGi=2 1316 in= 715 mm m1PG = 1115 kgm qPG=1094kNm LAnPG=135 m

Se determina greutatea AnPG

GAn PG=qPGsdotL An PG

(181)

si se obtine

GAnPG=1094kNm135m=14769kN

Greutatea unitara a PFse calculeaza folosind formula

qPF=m1 PFsdotg (182)

qPF=33kgm

sdot9 81m

s2=323 73

Nm

31

Greutatea AnS va fi

GAn S=qPFsdotLAn S (183)

GAn S=323 73Nm

sdot3 339sdot103 m=1080 934kN

Greutatea GarF se obtine insumand greutatea AnPG si greutatea AnS

GGar F=GAn PG+GAn S (184)

Se obtine

GGar F=147 69 kN+1080 934 kN=1228 624 kN

Se considera ca cea mai grea GarF este garnitura utilizata pentru forajul putului de exploatare

GGar F M=1228 624 kN

Alegerea IF se face pe baza sarcinii nominale de la carlig si a tipului de actionare

FM =max FM T FM D (185)

Sarcina maxima utila de tubare se calculeaza cu formula[1]

FM T

=GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+(1+kmf( M ) )sdot

ac

( M )

g ] (186)

in care

k r(M )estecoeficientul fortei de frecare la ridicarea coloanei de burlane intre peretele putului si

fluidul de foraj k mf(M )minusiquestcoeficientul de masa al fluidului de foraj din interiorul coloanei aderent la

coloana ac(M )- acceleratia miscarii carligului in cazul ridicarii sarcinii normale

kDij- coeficientul diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

ρ0 ndashdensitatea otelului din care sunt confectionate burlanele

ρf -densitatea fluidului de foraj

Coloana fiind considerată plină cu fluid de foraj cu aceeaşi măsură a densităţii ca şi aceea

din interiorul puţului forat coeficientul k mf(M ) se determină cu formula [1]

k m f=ρf

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1] (187)

unde DCB este diametrul nominal al CB GCBM ndash greutatea celei mai grele coloane de burlane Sfa- grosimea startului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al coloanei de burlane

32

LCB ndash lungimea CB lj ndash lungimea tronsonului de ordinul j kDij ndash coef diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

K Dij=Dibj

DCB

(188)

Pentru CI(I) de 858in vom avea

DCI(I)=858in= 2191 mmntCI(I)=6

sB jisin 10 16 10 16 8 94 10 16 10 16 11 43 mmDi B jisin 198 8 198 8 2012 198 8198 8 196 8 mm

k Di jisin 0 907 0 907 0 918 0 907 0 907 0 898 l jisin 255 325 460 520 395 705 m

LCI(I)=HCI(I)=2660m

=125tm3

sf a=0 653 mm grosimea stratului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al CB

iquestsumj=1

6

(1minusk Di j2 )sdotl j=

(1-09072)sdot255+(1minus09072 )sdot325+(1-09182 )sdot460+ (1minus09072 )sdot52 0++ (1-09072)sdot39 5+(1minus0 8982)sdot705=473 972 m

Se admite

k r(M )=02

si ac

(lt M )=1 ms2 Se obţine

Sarcina maxima utila la tubare

FM T =1413 516 kN sdot[(1minus1 25 t m3

7 85 t m3 )sdot(1+02 )+ (1+0 745 )sdot 19 81 ]=1677 556 kN

Sarcina maxima utila de degajare a celei mai grele garnituri de foraj se determina cu relatia[1]

FM D =GGar F Msdot(1minus ρ f

ρo)+FD M

FD M este forta de degajare maxima FD M =300kN

33

k m f(M )=

ρ f

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

5

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1]=

Măsura lui FDM se apreciază icircn funcţie de măsura lui HM conform tabelului 1 aplicatia 9

FM D =1228 624 kNsdot(1minus1 25 t m3

7 85 t m3)+300 kN=1332 983

kN

Conform rezultatelor de mai sus se obtineFM

=max 1677 556 1332983 kN=1677 556 kN 9 81≃171 0047 tf

Ca urmare se poate alege o IF transportabilă pe cale terestră pe subansamble (SAn) din clasa F 200 (vezi [1])

Tipul acţionării se alege icircn funcţie de posibilitatea de alimentare cu energie electrică a IF icircn

zona de amplasare de instalaţiile aflate icircn dotarea firmei de foraj şi de costul comparativ al

combustibilului şi al energiei electrice din perioada cacircnd o să lucreze instalaţia icircn situaţia icircn care

firma dispune de instalaţii cu acţionări neautonome sau autonome

Se admite că situaţia din zona de amplasament a IF impune o acţionare de tipul DH Avacircnd

icircn vedere acest lucru rezultă că se poate alege o IF de tipul

F-200-2DH (T(SAn))

19 Concluzii

Pe baza datelor luate din materialul didactic si standardele nationale cat si internationale s-a

facut un calcul teoretic de alegere al instalatiei de foraj Luand in consideratie ca mediul real poate

aduce un aport negativ asupra calculelor teoretice in rezultatele prezentate mai sus s-au luat niste

coeficienti de siguranta care sa acopere riscurile posibile totodata s-a constatat ca desi pentru

Sonda 7 Pacurari este necesara o instalatie mai mica decat cea aleasa am fost nevoit sa aleg anume

F200-2DH deoarece conditiile tehnico-economice presupun utilizarea tipului utilajului folosit deja

in industria petroliera si standardizat conform normelor STAS si API

2 PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

21 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

34

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

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 arborele 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 [1]

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 MBM 820 cu supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului DH de tipul GF-820+CHC-750-2 sunt

prezentate icircn fig 21 Se analizează dependenţele funcţionale reprezentate de aceste curbe (vezi

aplicatia 13)

35

Fig 2 1 Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului de acţionare de tipul DHformat din GF 820 şi CHC-750-2 pentru reglarea motorului diesel la sarcină plină

şi funcţionarea lui cu gradul maxim de accelerare (la care puterea maximă amotorului este puterea nominală Pn) şi funcţionarea lui cu gradul maxim deaccelerare MI MII ndash momentul dezvoltat la arborele primar (I) respectiv laarborele secundar (II) al CHC ωI ωII ndash viteza unghiulară PI PII ndash puterea

ηCHC ndash randamentul CHC

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (210)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (211)

Tabel 311 Parametrii functionali ai grupului de actionare GF-820 + CHC-750-2

36

Fig 211 Curba caracteristica exterioara a CHC este o caracteristica flexibila cresterea momentului rezistent este

preluata de CHC prin reducerea importanta a vitezei unghiulare a arborelui secundar

Din aceste grafice se deduce ca pentru ηm= 07 DEF al CHC-750-2 reprezentat prin ηCH ϵ

[0700 0847] nII ϵ [275 950] rotmin MII ϵ [14730 4000] kNm

Din datele obinute rezulta avantajele utilizarii CHC in cadrul GA de tipul DH

1 CHC lucreaza ca un variator continuu de viteza adica ωII se modifica automat si continuu odata cu variatia momentului rezistent aplicat arborelui secundar astfel se spune ca CHC isi regleaza regimul de functionare deci CHC permite o autoadaptare a GA la sarcina

2 Utilizarea CHC simplifica lantul cinematic al IF37

3 CHC protejeaza motorul Diesel impotriva suprasarcinilor si a socurilor transmise de la antorul sistemului de lucruinclusive in situatia blocarii secundarului

Fig 212 Curbele caracteristice pentru sarcina plina ale motorului MBM-820 si curba puterii in functie de sarcina plina a aceluiasi motor

22 Alegerea modului de acţionare

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

38

Instalaţiie 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[1]

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

39

Fig 221 Schema structural-functionala a unei instalatii de foraj cu mod de actionare centralizatin varianta MAC2 cu

actionare DH

S-a ales varianta MAC2 in care PN este actionata separat formand impreuna cu GA si transmisiile mecanice respective un grup motopompa (GMP) dupa cum TA este DH vezi 1[1])

23 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

1 pompe centrifuge pentru hidrocicloane2 site vibratoare 3 agitatoare4 pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de foraj5 pompe centrifuge pentru apa6 pompe centrifuge pentru chimicale7 pompe pentru reziduuri8 pompe pentru combustibil9 comanda hidraulica a prevenitoarelor10 instalaţie pentru uscarea aerului11 agregate pentru icircncălzire12 maşini-unelte13 agregat pentru sudura

40

14 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

Tabel 231 Consumatorii auxiliari de forta utilizati in cadrul IF de tipul F200-2DH si puterea lor

NrCrt

Denumirea consumatorilor Puterea motorului

kW

NrmotoarePuterea totala

kW

A Instalatia de foraj propriu-zisa

1 Site virbatoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 10 75

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa racire troliu 75 1 75

5 Pompa apa racire frina hidraulica 75 1 75

6 Pompe instalatie amestec chimicale 3 2 6

7 Pompe combustibil 3 2 6

8 Pompe ulei 15 1 15

9 Pompe de preparare a fluidului de foraj 75 2 150

10 Pompa baterie denisipare 55 1 55

11 Pompa baterie desmiluire 50 1 50

12 Instalatie degazeificare 5 1 5

13 Degazeificator 30 1 30

14 Instalatie de preparare centrifuga 20 3 60

15 Instalatie transport material pulverulent 4 1 4

16 Dispozitiv salvare garnitura 20 1 20

17 Dispozitiv strins-slabit 11 1 11

18 Dispozitiv manevra prajini grele 75 1 75

19 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

20 Pod tubaj reglabil 75 1 75

21 Instalatie comanda prevenitoare 11 1 11

41

22 Instalatie de uscare aer 15 1 15

23 Instalatie iluminat normal 18 1 18

24 Instalatie iluminat siguranta 08 1 08

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

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

PCsAF = 5928 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

24 Calculul puterii instalate

Puterea instalata a IF (Prsquo) reprezinta puterea motoarelor utilizate pentru actionarea

antoarelor principale a celor auxiliare si pentru actionarea celorlalte utilaje si instalatii folosite

pentru executarea diverselor operatii auxiliare

Prsquo = P + PCsAF (241)

P = n Pn (242)

Pn-Puterea nominala a motorului MB820 Pn= 655 kW

n-numarul de motoare folosite

P = (2+2) ∙ PnP = (2 + 2) 655kW = 2620 kW

Prsquo= 2620 kW + 5928 kW = 32128 kW

25 ConcluziiIn capitolul 2 s-au ales grupurile de actionare Alegerea s-a facut pe baza analizei

parametrilor motoarelor si caracteristicile acestora s-a evidentiat modul de utilizare al acestor

grupuri de actionare astfel incat sa fie satisfacute conditiile de tehnologicitate si economicitate

Acest lucru s-a facut pentru a obtine niste parametri de lucru cat se poate eficienti si economici

deoarece in cazul neindeplinirii uneia din conditii se pot intampla atat stagnari ale procesului

normal de foraj (uneori poate chiar si cu consecinte catastrofale) cat si pierderi financiare mari

42

3 ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ SI PREZENTAREA PARAMETRILOR SI CARACTERISTICILOR LOR

31Alegerea capului hidraulic

Fig31 Secţiune prin CH (reprezentare schematică (a) şi reprezentare constructivă (b))1 ndash corp (oală) 2 ndash bolţ 3 ndash toartă (biglu) 4 10 ndash rulment cu role cilindrice (de ghidare) 5 11 ndash garnituri de

etanşare 6 ndash rulment axial principal cu role conice 7 ndash fus 8 ndash reducţie 9 ndash rulment axial secundar cu bile 12 ndash felinar (capac) 13 ndash lulea 14 ndash piuliţă inferioară 15 ndash ţeavă de spălare 16 ndash cutie de etanşare 17 ndash etanşarea icircntre

partea superioară a ţevii de spălare şi lulea 18 ndash piuliţă superioară 19 ndash şuruburi de fixare

Capul hidraulic [1] (CH) este un utilaj care face parte din ansamblul de antrenare a GarF

El reprezinta nodul de legatura intre cele trei echipamente principale (EqPr) ale IF echipamentul

de circulatie (EqC) echipamentul de rotatie (EqR) si de manevra (EqM)

CH este suspendat in ciocul cirligului triplex cu ajutorul toartei sale La randul sau CH sustine

garnitura de foraj prin intermediul reductiei de legatura si al prajinii de antrenare De luleaua CH

se monteaza furtunul de noroi

43

Ca urmare functiunile CH sunt

1 Sustinerea GarF in timpul forajului

2 Permiterea rotatiei GarF

3 Conducerea fluidului de forajsub presiunede la FN la PA prin lulea teava de spalare

fus si RLCHin cazul circulatiei directe

Marimile fizice principale ale CH1 marimile functionale

- sarcina de lucru maxima

- turatia maxima a fusului

- presiunea maxima a fluidului de foraj

2 marimile dimensional-constructive

- diametrul interior al tevii de spalare

- tipo-dimensiulnile de legatura

3 marimile de anduranta

- sarcina limitacapacitatea in functie de rulmentul principal

- durabilitatea rulmentului principal

- durabilitatea etansarii tevii de spalare

Fig 31 Capul hidraulic (CH) montat icircn ciocul cacircrligului icircn timpul forajului

Alegerea capului hidraulic se face pe baza sarcinii maxime de lucru (FCH M

) si trebuie sa echipeze instalatia de foraj F200-2DH [1]

44

FCH M

geF M

(31)

FM =200 tf

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

(32)

Capetele hidraulice construite icircn Romacircnia sunt tipizate conform SR 5736 [66] care este

elaborat icircn concordanţă cu API Spec 8A [67] şi API Spec 8C [68]

Din tab 62 Cap 6 6 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH ndash 320 (ndash40degC) SR 5736

necesar instalaţiei de foraj alese F200

CHndash320 (ndash40degC) SR 5736 este un cap hidraulic echipat cu rulment axial-oscilant cu role

butoi cu sarcina maximă de lucru de 320tf care lucrează icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash

40degC

Conform SR 5736 acest tip de CH se caracterizează şi prin

Sarcina limită sau capacitatea maximă icircn funcţie de rulmentul principal FRLCH=147tf

pM = 35MPa nM = 300 rotmin di = 762 mm LP 4 (filetul de legătură al lulelei cu FF) 6⅝

REG LH (filetul de legătură cu RLCH)

32Alegerea ansamblului macara carlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 32 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]

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia [1]

FMC ge FCM (321)

Din tab32 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32-1250 MC -300 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii

45

Tabel 31 Caracteristicile Ansamblului Macara-Carlig

Tabelul 32 Tipurile de macarale-cacircrlig construite icircn Romacircnia şi caracteristicile lor (cf [69])

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (32)

GMC =8610t middot 981 ms2 = 84464 kN

46

UnMas F200Denumire 5-32MC-300

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300

Nr Roti manevra - 5

Diam cablului mm 32

Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140

Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in f-ie de rulmenti US tonf 347

Masa t 8610

Fig 32 Construcţia ansamblului-cacircrlig mono-bloc 1 ndash cacircrlig triplex 2 ndash bolţ 3 ndash pahar şi rulment axial 4 ndash tijă 5ndash piston 6 ndash arcuri de destindere 7 ndash piesă de legătură icircntre ansamblul cacircrligului şi macara 8 ndash axul macaralei 9 ndash role 10 ndash rulmenţii macaralei 11 ndash plăci laterale

33Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul de foraj reprezinta partea fixa a masinii macara-geamblac Se monteaza in

grupul mastului pe grinzi numite coroana geamblacului Este format dintr-un ax pe care se

monteaza un anumit numar de role (z+1) prin intermediul unor rulmenti Fiecare rola se misca

independent de celelalte (z-numarul de role de la macara) [1]

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

-geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţie romacircnească Avantajul acestui tip

constructiv este acela că este o construcţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

- 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

47

c geamblacul de foraj din două blocuri

- geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se pot roti şi interschimba asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

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

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

a geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

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

b geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

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 ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia [1]

Fig 331 Geamblac cu o roata separata

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 332

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

Alegerea geamblacului de foraj se face in functie de sarcina de lucru maxima de diametrul cablului utilizat de tipul cablului de manevra de tipul macaralei respectiv de tipul ansamblului macara-carlig

48

Pentru instalatia F200-2DH se alege unul din geamblacurile tipizate care sa indeplineasca cerintele impuse

Fig 33 2Geamblac monobloc 1 ndash suport (prin care GF se montează prin şuruburi de coroană ramă) 2ndash ax 3 ndash rolă roată 4 ndash rulment radial-axial cu role conice pe două racircnduri 5 ndash disc distanţier 6 ndash bucşă distanţieră 7 ndash ungător cu bilă (folosit pentru ungerea consistentă a rulmenţilor) (canalele de ungere sunt practicate icircn plan orizontal) 8 ndash placă de presare 9 ndash apărătoare

Pentru instalatia de foraj F 200 se va folosi un geamblac A 6 -32-1250GF-300 (-400C)(vezi [1] cap 54 tab56)adica geamblac de foraj cu 6 roţi role pe ax cu diametrul cablului de manevră de 32 mm

diametrul exterior al rolei de 1250 mm sarcina maximă de lucru 300tfşi temperatura de lucru de ndash

40degC Din tabelul 56 Cap 5 [1]se observă că acest tip de geamblac face parte din clasa

echipamentului (de manevră) 450

Tabel 33 Caracteristicile GeamblaculuiUnMas

Denumire 6-32GF-300Sarcina maxima la coroana geamblacului tf 400

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300Nr Roti manevra - 6

Diam cablului mm 32Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in functie de rulmenti US tonf 416Masa t 28

49

34Alegerea elevatorului 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

Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane de tubare (B-ElPCB) (bdquocasing slip

elevator-spiderrdquo icircn lb en) este o sculă de manevră care se foloseşte icircn timpul tubării puţurilor

atacirct pentru susţinerea coloanei de burlane (CB) ca broască cu pene aşezată pe masa rotativă

(MR) cacirct şi pentru săltarea din penele broaştei şi introducerea coloanei icircn puţ ca elevator (cu

pene) Deci aceste scule se folosesc icircn pereche icircn timpul tubării puţurilor una aşezată pe MR

susţine CB prin icircmpănare icircndeplinind funcţia de broască cu pene (vezi fig 341) iar cealaltă

care este susţinută icircn chiolbaşi avacircnd rolul de elevator (cu pene) se prinde tot prin icircmpănare pe

burlanul care s-a adăugat prin icircnşurubare la coloană saltă CB din broasca cu pene şi o susţine icircn

timpul introducerii ei icircn sondă (vezi fig 342)

Fig 342 Tragerea burlanului pe jilip cu ajutorul unui elevator de tras burlane pentru a fi icircnşurubat icircn

coloana susţinută icircn broasca cu pene

50

Fig 343 Varianta de elevator (cu pene) (cu inel ridicător) a broaştei-elevator cu pene cu două semicorpuri care este susţinută icircn ochiurile inferioare ale chiolbaşilor (11) icircn timpul introducerii coloanei de burlane (12) icircn puţul care se tubează 1 ndash corp carcasă 2 ndash umăr 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă de siguranţă 5 ndash corp de pană 6 ndash bacuri 7 ndash pacirclnie de ghidare 8 ndash cadru ridicător 9 ndash icircmpingătoare 10 ndash mecanism cu pacircrghii de ridicare

Din punct de vedere funcţional se deosebesc tipurile bull broască cu pene (BP) bull elevator cu pene (ElP)

Fig344 Broasca-elevator cu pene

51

In figura 344 este reprezentata Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane (broasca cu pene icircn partea de sus stanga elevatorul cu pene icircn partea dreapta şi vedere de sus a elevatorului cu pene icircn partea de jos) 1ndash corp 2ndash umăr braţ superior 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă (siguranţă pentru chiolbaşi) 5 ndash poartă uşă 6 ndash pene 7 ndash bacuri 8 ndash placă de sprijin (pe masa rotativă) 9 ndash guler de protecţie şi ghidare 10 ndash pacirclnie de ghidare HB ndash icircnălţimea broaştei cu pene HE ndash icircnălţimea elevatorului cu pene l ndash lăţimea broaştei-elevator

Alegerea elevatorului cu pene se face din conditiile urmatoare

FPgtFCBM

(341)

unde

FPleFBminusEl PCB

(342)

Studiind oferta companiei STEROM SA Cacircmpina conform ([1] cap 8 tab88) se alege un elevator cu pene de tipul

B-ElPCB 4frac12 ndash 13⅜ in x 350 ts (9⅝ x 275 ts x 8⅝) (ndash 45ordmC)

icircnseamnă broască-elevator destinată utilizării pentru burlane cu diametrul nominal cuprins

icircntre 4frac12 in şi 13⅜ in (inclusiv) cu sarcina nominală (sarcina maximă de lucru) de 350 ts (320tf)

echipată cu pene set de pene de 958 in cu sarcina nominală (maximă de lucru) de 275 ts (250 tf)

icircn care sunt montate bacuri de 858 in adică această broască-elevator este echipată pentru susţinerea

unei CB de 858 care determină icircn timpul manevrei ei o sarcină maximă la cacircrlig de cel mult 275ts

(250 tf) Ea este executată să lucreze icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash 45 ordmC

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

21t∙981ms2 =20601kN

35 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatorul pentru prăjini de foraj (ElPF) (bdquodrill pipe elevatorrdquo icircn lb en) este o sculă de

manevră care se foloseşte pentru susţinerea garniturii de foraj (GarF) icircn timpul extragerii şi

introducerii ei icircn sondă El prinde sub mufa PF şi este agăţat prin umerii săi icircn ochiurile

inferioare ale chiolbaşilor

ElPF se compune din

52

ndash două corpuri articulate care se icircnchid pe PF prevăzute cu cacircte un umăr cu care se suspendă icircn

ochiurile inferioare (mici) ale chiolbaşilor

ndash icircnchizatorul celor două corpuri

ndash eclise cu bolţuri prinse icircn umeri pentru asigurarea contra ieşirii chiolbaşilor

Elevatoarele se deosebesc prin forma lor modul de icircnchidere a celor două corpuri şi forma

suprafeţei de rezemare a prăjinilor

Din punctul de vedere al icircnchiderii se diferenţiază

ndash ElPF cu icircnchidere centrală (ElPFIcircC)

ndash ElPF cu icircnchidere laterală (ElPFIcircL)

După forma suprafeţei de sprijin al PF se disting

ndash ElPF cu scaun drept (ELPFSD) deci cu suprafaţă de rezemare dreaptă folosite pentru

manevrarea prăjinilor de foraj cu racorduri speciale sudate cu umăr drept (RSSUD) sau cu

racorduri icircnfiletate [1]

Fig 351 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun conic

ndash ElPF cu scaun conic (ElPFSC) care dispun de o suprafaţă de rezemare interioară tronconică cu unghiul de icircnchidere standardizat de 18deg ca şi mufele racordurilor speciale sudate cu umăr conic (RSSUC)

53

Fig 352 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun dreptElevatoarele sunt tipizate prescripţiile generale fiind prevăzute de API Spec 8A [85] şi

Spec 8C [86] Icircn fig 88 este reprezentat un ElPF cu scaun conic iar icircn fig 89 un ElPF cu scaun

drept

In figura 34 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic

Fig 34 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Alegerea elevatorului pentru prajini se face in functie de tipul prajinilor de foraj

1 Daca prajinile sunt cu recorduri speciale infiletate atunci cu scaun drept

2 Daca prajinile sunt cu racorduri speciale sudate atunci cu scaun conic

La alegerea elevatorului trebuie indeplinita conditia

FElgtFGar FMn

(sarcina normala utila de la carlig) (351)

icircn care FGar FM

este sarcina maximă care apare icircn timpul manevrării garniturii pacircnă la adacircncimea

maximă de foraj a puţului respectiv

54

Pentru că prăjinile de foraj sunt cu RSSUC si FGar FM

=122863kN conform tabelului 85

[1] cap 8 se alege un elevator cu scaun conic cu urmatoarea nominalizare

Elevator cu scaun conic 4frac12 x 1214 x 250 adica

elevator cu scaun conic cu dimensiunea nominală de 4frac12 ( pentru prăjini de foraj cu

RSSUC cu diametrul nominal de 4frac12 DPF = 4frac12) cu diametrul interior de 1214 mm (ceea ce

icircnseamnă că se utilizează pentru prăjini cu capetele fie cu II fie cu IEI (conform tabelului 85 cap

8) şi cu sarcina maximă de lucru de 250 tf cu masa mEl=1828kg conform NR 05-1018R STEROM

SA

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

ELpF= mEl middot g (253)

GEl = 1828 kg middot 981 ms2 = 18 kN

36Alegerea chiolbasilor

Chiolbaşii (Ch) (bdquothe drilling linksrdquo bdquoelevator linksrdquo icircn lb en) denumiţi şi bdquobraţele de

elevatorrdquo sunt scule de foraj care fac legătura icircntre cacircrlig şi elevator fiind utilizaţi icircn timpul

manevrei garniturii de foraj (GarF) şi coloanelor de burlane (CB)

Ei se agaţă cu ochiurile superioare de umerii cacircrligului şi susţin cu ochiurile lor inferioare

elevatorul prin umerii acestuia (vezi fig 361) Astfel sarcina datorată GarF sau CB este

preluată prin intermediul elevatorului de către Ch care o transmit cacircrligului [1]

55

Fig 361 Ansamblul format din macara-cacircrlig chiolbaşi şi elevator icircncare este susţinută garnitura de foraj icircn timpul manevrei acesteia

Din punct de vedere al sarcinii de lucru exista 3 tipuri de chiolbasi

1 Usor (sarcini mici)

2 Mediu (sarcini medii)

3 Greu (sarcini mari)

Tipul usor are forma de za alungita iar cel mediu si greu ndash de bara prevazuta la ambele capete cu

ochiuri

Chiolbasii se executa prin forjare in matrita dintr-o singura bucata de otel slab aliat de

constructii pentru a se asigura o rezistenta mare atat prin fibrajul obtinut prin procedeul tehnologic

respective cat si prin compozitie si prin TT folosit

Fig 362 Diferite tipuri de chiolbaşi

Alegerea chiolbasilor se face in functie de sarcina de lucru si de lungimea nominala

Fig 363 Tipurile de chiolbaşi şi dimensiunile lor principale a ndash chiolbaş de tipul uşor b ndash chiolbaş de tipul mediu c ndash chiolbaş de tipul greu C2 ndash raza de curbură interioară a ochiului superior G1 ndash raza de curbură interioară a ochiului

56

inferior D2 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului superior cu umărul cacircrligului H1 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului inferior cu umărul elevatorului d d1 ndash diametrul barei L ndash lungimea de lucru (dintre

punctele de sprijin pe umărul cacircrligului şi pe umărul elevatorului)

Conform normelor prevazute pentru F200-2DH se aleg chiolbasi de tip greu serie Chiolbaşi 69 x 2100 x 320

Gama de sarcini Fch = 320 tf perDimensiuni principale- d1 = 85 mm- C2 = 108 mm

- G1 =70 mm- D2 = 34 mm - H1 = 345 mm- Lungimea totala Lch = 2100 mm- Masa netă informativă mch = 247 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (36)

GCh = 247 kg middot 981 ms2 = 243 kN

37Alegerea cablului de manevra

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

1 la manevră cablul de manevră sau de foraj

2 la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcărit

3 la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancoră

4 pentru rabaterea turlei cablul de praştie

5 la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electrici

Cablurile 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

57

1 de acelaşi diametru 5 la fire2 de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 371)

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

Fig 371 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

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

1 organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)

2 metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)

3 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 ]

58

Fig 372 Cablarea a ndash icircnfăşurarea spre dreapta b ndash icircnfăşurarea spre stacircngac ndash cablarea icircn cruce stacircnga (ZS) d ndash cablarea icircn cruce dreapta (SZ)e ndash cablarea paralelă dreapta (ZZ) f ndash cablarea paralelă stacircnga (SS)

Alegerea cablului se face pe baza sarcinii sale reale minime de rupere (Srm) astfel icircncacirct să fie satisfăcută condiţia de rezistenţă (vezi [1])

Srm gecM middot FM (37)

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

CM - coeficientul de siguranţă pentru operatiile de tubare si instrumentatie care se accepta egal cu

valoarea 2 conform API Spec9B iar FM ste forta maxima din RA a infasurarii cablului Ea se

determina cu expresia[1]

(372)

in care FM este forta totala care actioneaza asupra ramurilor din cablu z ndash nr de role de la macaraηMminusG - randamentul masinii macara-geamblac la ridicareRandamentul masinii macara-geamblac la ridicare se obtine cu relatia (cf[1])

ηMminusG=β2 ∙Zminus1

2 ∙ Z ∙ β2 ∙Z ∙ ( βminus1 ) (373)

unde β este inversul randamentului unei role

β= 1ηRo

(374)

pentru care se admite valoarea β =104 conform API iar ηRo =096 (API) randament role

59

FM=FM

2sdotzsdotηM minusG

Conform tipului de ansamblu MC ales z =5 Atunci rezultă

ηMminusG =

1 04225minus12sdot5sdot1 042sdot5 (1 04minus1 )

=0 811

Forţa F M se calculează cu expresia (conform [1])

FM =F M +GoTsdot(1+

ac(M )

g )

(375)

unde FM

este sarcina maxima utila la carlig GoT - greutatea moarta la tubare g- acceleratia

gravitationala g= 981 ms2 ac(M )

- acceleratia miscarii carligului are valori cuprinse in domeniul

[0515]∙ ms2

Greutatea moartă la tubare se determină ţinacircnd cont de greutatea elementelor ansamblului

MC a chiolbaşilor (Ch) a elevatorului cu pene (ElP) şi a ramurilor de cablu dintre macara şi

geamblac

GoT =

GMC+G ch+GEl P+GCM

(376)

Deoarece la acest moment nu se cunoaşte tipodimensiunea cablului şi ca urmare masa sa unitară se face aproximaţia

GoT iquestGMC+G ch+GEl P (377)

rezulta

GOT=8446 kN+243kN+20601 kN=1075 kN

Ştiind tipul IF se determină

FM

=200tf= 200∙981 =1962kNSe accepta

ac(M )=1 m s2

si se obtine

FM =1962 kN+107 5 kNsdot(1+ 19 81 )=2080 46 kN

60

Se calculeaza

F =

2080 46 kN2sdot5sdot0 811

=256 531 kN

Se determină sarcina reală minimă de rupere necesară a cablului cu formula

Srmnec gecM middot FM (378)

c M=2 ( conform API) si rezulta

Srmnec =2∙256531kN=513062kN

Se alege un cablu Seale cu o măsură a lui Srm astfel icircncacirct să fie icircndeplinită condiţia următoare

Sr mgtSr m nec

(379)

Ca urmare din [1] tabelul 52 se constată că se poate alege

Cablu Seale 6x19-32-1570 SZ STAS1689-80

caracterizat prin

nT=6 nr toroane

n f=19=1+9+9 nr fire din fiecare torondc=32 mm diametrul nominalRm=1570 MPa rezistenta minima de rupere a sarmelorSr m=531 32 kN sarcina reala minima de rupered0=3 mm diametrul sarmelor centraled1=1 45 mm diametrul sarmelor intermediared2=26 mm diametrul sarmelor exterioarem1 C=3 89 kg m masa unitara

Tipul cablării cruce dreapta (SZ) adică sensul de icircnfăşurare a firelor icircn toron este spre stanga(S) iar sensul de icircnfăşurare a toroanelor icircn cablu este spre dreapta (Z)Sr m=531 32gtSr nec=513 062 kN

Deci conditiaSr mgtSr nec este satisfacuta

Se reia calculul pentru verificare

61

Trebuie sa recalculam FM tinand cont si de greutatea cablului GCM

GCM =2sdotzsdotlr CM(M ) sdotqc (3710)

qc - greutatea unitara a cabluluiqc =m1 Csdotg (3711)

qc =3 89 kg msdot9 81 m s2=38 161 N mlr CM(M ) =(15 m+lp )+sminuslb (3712)

lr CM(M )

=(15 m+27 m)+65 mminus9 m=26 m

in care s=65m ndash spatiu de siguranta lb=9m lungimea unui burlanlp=27m lungimea pasului

GCM=2sdot5sdot26 msdot38 161 N m=9 922 kN

GoT=107 5 kN+9 922kN=117 422kN

Pentru IF F200-2DH vom avea

F =

2091 413 kN2sdot5sdot0 811

=257 88 kN

c M=Sr m

F c M=531 32kN

257 88 kN=2 06gtc=2

Tabelul 375 Parametrii caracteristici ai cablurilor Seale 6 x 19 conform STAS 1689-80

38 Alegerea troliului de foraj

62

FN=200sdot9 81kN+117 442kN (1+ 19 81

)=2091 413kN

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

Greutatea AnS va fi

GAn S=qPFsdotLAn S (183)

GAn S=323 73Nm

sdot3 339sdot103 m=1080 934kN

Greutatea GarF se obtine insumand greutatea AnPG si greutatea AnS

GGar F=GAn PG+GAn S (184)

Se obtine

GGar F=147 69 kN+1080 934 kN=1228 624 kN

Se considera ca cea mai grea GarF este garnitura utilizata pentru forajul putului de exploatare

GGar F M=1228 624 kN

Alegerea IF se face pe baza sarcinii nominale de la carlig si a tipului de actionare

FM =max FM T FM D (185)

Sarcina maxima utila de tubare se calculeaza cu formula[1]

FM T

=GCB Msdot[(1minus ρ f

ρo)sdot(1+k r

(M ))+(1+kmf( M ) )sdot

ac

( M )

g ] (186)

in care

k r(M )estecoeficientul fortei de frecare la ridicarea coloanei de burlane intre peretele putului si

fluidul de foraj k mf(M )minusiquestcoeficientul de masa al fluidului de foraj din interiorul coloanei aderent la

coloana ac(M )- acceleratia miscarii carligului in cazul ridicarii sarcinii normale

kDij- coeficientul diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

ρ0 ndashdensitatea otelului din care sunt confectionate burlanele

ρf -densitatea fluidului de foraj

Coloana fiind considerată plină cu fluid de foraj cu aceeaşi măsură a densităţii ca şi aceea

din interiorul puţului forat coeficientul k mf(M ) se determină cu formula [1]

k m f=ρf

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

8

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1] (187)

unde DCB este diametrul nominal al CB GCBM ndash greutatea celei mai grele coloane de burlane Sfa- grosimea startului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al coloanei de burlane

32

LCB ndash lungimea CB lj ndash lungimea tronsonului de ordinul j kDij ndash coef diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

K Dij=Dibj

DCB

(188)

Pentru CI(I) de 858in vom avea

DCI(I)=858in= 2191 mmntCI(I)=6

sB jisin 10 16 10 16 8 94 10 16 10 16 11 43 mmDi B jisin 198 8 198 8 2012 198 8198 8 196 8 mm

k Di jisin 0 907 0 907 0 918 0 907 0 907 0 898 l jisin 255 325 460 520 395 705 m

LCI(I)=HCI(I)=2660m

=125tm3

sf a=0 653 mm grosimea stratului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al CB

iquestsumj=1

6

(1minusk Di j2 )sdotl j=

(1-09072)sdot255+(1minus09072 )sdot325+(1-09182 )sdot460+ (1minus09072 )sdot52 0++ (1-09072)sdot39 5+(1minus0 8982)sdot705=473 972 m

Se admite

k r(M )=02

si ac

(lt M )=1 ms2 Se obţine

Sarcina maxima utila la tubare

FM T =1413 516 kN sdot[(1minus1 25 t m3

7 85 t m3 )sdot(1+02 )+ (1+0 745 )sdot 19 81 ]=1677 556 kN

Sarcina maxima utila de degajare a celei mai grele garnituri de foraj se determina cu relatia[1]

FM D =GGar F Msdot(1minus ρ f

ρo)+FD M

FD M este forta de degajare maxima FD M =300kN

33

k m f(M )=

ρ f

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

5

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1]=

Măsura lui FDM se apreciază icircn funcţie de măsura lui HM conform tabelului 1 aplicatia 9

FM D =1228 624 kNsdot(1minus1 25 t m3

7 85 t m3)+300 kN=1332 983

kN

Conform rezultatelor de mai sus se obtineFM

=max 1677 556 1332983 kN=1677 556 kN 9 81≃171 0047 tf

Ca urmare se poate alege o IF transportabilă pe cale terestră pe subansamble (SAn) din clasa F 200 (vezi [1])

Tipul acţionării se alege icircn funcţie de posibilitatea de alimentare cu energie electrică a IF icircn

zona de amplasare de instalaţiile aflate icircn dotarea firmei de foraj şi de costul comparativ al

combustibilului şi al energiei electrice din perioada cacircnd o să lucreze instalaţia icircn situaţia icircn care

firma dispune de instalaţii cu acţionări neautonome sau autonome

Se admite că situaţia din zona de amplasament a IF impune o acţionare de tipul DH Avacircnd

icircn vedere acest lucru rezultă că se poate alege o IF de tipul

F-200-2DH (T(SAn))

19 Concluzii

Pe baza datelor luate din materialul didactic si standardele nationale cat si internationale s-a

facut un calcul teoretic de alegere al instalatiei de foraj Luand in consideratie ca mediul real poate

aduce un aport negativ asupra calculelor teoretice in rezultatele prezentate mai sus s-au luat niste

coeficienti de siguranta care sa acopere riscurile posibile totodata s-a constatat ca desi pentru

Sonda 7 Pacurari este necesara o instalatie mai mica decat cea aleasa am fost nevoit sa aleg anume

F200-2DH deoarece conditiile tehnico-economice presupun utilizarea tipului utilajului folosit deja

in industria petroliera si standardizat conform normelor STAS si API

2 PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

21 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

34

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

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 arborele 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 [1]

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 MBM 820 cu supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului DH de tipul GF-820+CHC-750-2 sunt

prezentate icircn fig 21 Se analizează dependenţele funcţionale reprezentate de aceste curbe (vezi

aplicatia 13)

35

Fig 2 1 Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului de acţionare de tipul DHformat din GF 820 şi CHC-750-2 pentru reglarea motorului diesel la sarcină plină

şi funcţionarea lui cu gradul maxim de accelerare (la care puterea maximă amotorului este puterea nominală Pn) şi funcţionarea lui cu gradul maxim deaccelerare MI MII ndash momentul dezvoltat la arborele primar (I) respectiv laarborele secundar (II) al CHC ωI ωII ndash viteza unghiulară PI PII ndash puterea

ηCHC ndash randamentul CHC

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (210)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (211)

Tabel 311 Parametrii functionali ai grupului de actionare GF-820 + CHC-750-2

36

Fig 211 Curba caracteristica exterioara a CHC este o caracteristica flexibila cresterea momentului rezistent este

preluata de CHC prin reducerea importanta a vitezei unghiulare a arborelui secundar

Din aceste grafice se deduce ca pentru ηm= 07 DEF al CHC-750-2 reprezentat prin ηCH ϵ

[0700 0847] nII ϵ [275 950] rotmin MII ϵ [14730 4000] kNm

Din datele obinute rezulta avantajele utilizarii CHC in cadrul GA de tipul DH

1 CHC lucreaza ca un variator continuu de viteza adica ωII se modifica automat si continuu odata cu variatia momentului rezistent aplicat arborelui secundar astfel se spune ca CHC isi regleaza regimul de functionare deci CHC permite o autoadaptare a GA la sarcina

2 Utilizarea CHC simplifica lantul cinematic al IF37

3 CHC protejeaza motorul Diesel impotriva suprasarcinilor si a socurilor transmise de la antorul sistemului de lucruinclusive in situatia blocarii secundarului

Fig 212 Curbele caracteristice pentru sarcina plina ale motorului MBM-820 si curba puterii in functie de sarcina plina a aceluiasi motor

22 Alegerea modului de acţionare

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

38

Instalaţiie 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[1]

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

39

Fig 221 Schema structural-functionala a unei instalatii de foraj cu mod de actionare centralizatin varianta MAC2 cu

actionare DH

S-a ales varianta MAC2 in care PN este actionata separat formand impreuna cu GA si transmisiile mecanice respective un grup motopompa (GMP) dupa cum TA este DH vezi 1[1])

23 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

1 pompe centrifuge pentru hidrocicloane2 site vibratoare 3 agitatoare4 pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de foraj5 pompe centrifuge pentru apa6 pompe centrifuge pentru chimicale7 pompe pentru reziduuri8 pompe pentru combustibil9 comanda hidraulica a prevenitoarelor10 instalaţie pentru uscarea aerului11 agregate pentru icircncălzire12 maşini-unelte13 agregat pentru sudura

40

14 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

Tabel 231 Consumatorii auxiliari de forta utilizati in cadrul IF de tipul F200-2DH si puterea lor

NrCrt

Denumirea consumatorilor Puterea motorului

kW

NrmotoarePuterea totala

kW

A Instalatia de foraj propriu-zisa

1 Site virbatoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 10 75

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa racire troliu 75 1 75

5 Pompa apa racire frina hidraulica 75 1 75

6 Pompe instalatie amestec chimicale 3 2 6

7 Pompe combustibil 3 2 6

8 Pompe ulei 15 1 15

9 Pompe de preparare a fluidului de foraj 75 2 150

10 Pompa baterie denisipare 55 1 55

11 Pompa baterie desmiluire 50 1 50

12 Instalatie degazeificare 5 1 5

13 Degazeificator 30 1 30

14 Instalatie de preparare centrifuga 20 3 60

15 Instalatie transport material pulverulent 4 1 4

16 Dispozitiv salvare garnitura 20 1 20

17 Dispozitiv strins-slabit 11 1 11

18 Dispozitiv manevra prajini grele 75 1 75

19 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

20 Pod tubaj reglabil 75 1 75

21 Instalatie comanda prevenitoare 11 1 11

41

22 Instalatie de uscare aer 15 1 15

23 Instalatie iluminat normal 18 1 18

24 Instalatie iluminat siguranta 08 1 08

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

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

PCsAF = 5928 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

24 Calculul puterii instalate

Puterea instalata a IF (Prsquo) reprezinta puterea motoarelor utilizate pentru actionarea

antoarelor principale a celor auxiliare si pentru actionarea celorlalte utilaje si instalatii folosite

pentru executarea diverselor operatii auxiliare

Prsquo = P + PCsAF (241)

P = n Pn (242)

Pn-Puterea nominala a motorului MB820 Pn= 655 kW

n-numarul de motoare folosite

P = (2+2) ∙ PnP = (2 + 2) 655kW = 2620 kW

Prsquo= 2620 kW + 5928 kW = 32128 kW

25 ConcluziiIn capitolul 2 s-au ales grupurile de actionare Alegerea s-a facut pe baza analizei

parametrilor motoarelor si caracteristicile acestora s-a evidentiat modul de utilizare al acestor

grupuri de actionare astfel incat sa fie satisfacute conditiile de tehnologicitate si economicitate

Acest lucru s-a facut pentru a obtine niste parametri de lucru cat se poate eficienti si economici

deoarece in cazul neindeplinirii uneia din conditii se pot intampla atat stagnari ale procesului

normal de foraj (uneori poate chiar si cu consecinte catastrofale) cat si pierderi financiare mari

42

3 ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ SI PREZENTAREA PARAMETRILOR SI CARACTERISTICILOR LOR

31Alegerea capului hidraulic

Fig31 Secţiune prin CH (reprezentare schematică (a) şi reprezentare constructivă (b))1 ndash corp (oală) 2 ndash bolţ 3 ndash toartă (biglu) 4 10 ndash rulment cu role cilindrice (de ghidare) 5 11 ndash garnituri de

etanşare 6 ndash rulment axial principal cu role conice 7 ndash fus 8 ndash reducţie 9 ndash rulment axial secundar cu bile 12 ndash felinar (capac) 13 ndash lulea 14 ndash piuliţă inferioară 15 ndash ţeavă de spălare 16 ndash cutie de etanşare 17 ndash etanşarea icircntre

partea superioară a ţevii de spălare şi lulea 18 ndash piuliţă superioară 19 ndash şuruburi de fixare

Capul hidraulic [1] (CH) este un utilaj care face parte din ansamblul de antrenare a GarF

El reprezinta nodul de legatura intre cele trei echipamente principale (EqPr) ale IF echipamentul

de circulatie (EqC) echipamentul de rotatie (EqR) si de manevra (EqM)

CH este suspendat in ciocul cirligului triplex cu ajutorul toartei sale La randul sau CH sustine

garnitura de foraj prin intermediul reductiei de legatura si al prajinii de antrenare De luleaua CH

se monteaza furtunul de noroi

43

Ca urmare functiunile CH sunt

1 Sustinerea GarF in timpul forajului

2 Permiterea rotatiei GarF

3 Conducerea fluidului de forajsub presiunede la FN la PA prin lulea teava de spalare

fus si RLCHin cazul circulatiei directe

Marimile fizice principale ale CH1 marimile functionale

- sarcina de lucru maxima

- turatia maxima a fusului

- presiunea maxima a fluidului de foraj

2 marimile dimensional-constructive

- diametrul interior al tevii de spalare

- tipo-dimensiulnile de legatura

3 marimile de anduranta

- sarcina limitacapacitatea in functie de rulmentul principal

- durabilitatea rulmentului principal

- durabilitatea etansarii tevii de spalare

Fig 31 Capul hidraulic (CH) montat icircn ciocul cacircrligului icircn timpul forajului

Alegerea capului hidraulic se face pe baza sarcinii maxime de lucru (FCH M

) si trebuie sa echipeze instalatia de foraj F200-2DH [1]

44

FCH M

geF M

(31)

FM =200 tf

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

(32)

Capetele hidraulice construite icircn Romacircnia sunt tipizate conform SR 5736 [66] care este

elaborat icircn concordanţă cu API Spec 8A [67] şi API Spec 8C [68]

Din tab 62 Cap 6 6 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH ndash 320 (ndash40degC) SR 5736

necesar instalaţiei de foraj alese F200

CHndash320 (ndash40degC) SR 5736 este un cap hidraulic echipat cu rulment axial-oscilant cu role

butoi cu sarcina maximă de lucru de 320tf care lucrează icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash

40degC

Conform SR 5736 acest tip de CH se caracterizează şi prin

Sarcina limită sau capacitatea maximă icircn funcţie de rulmentul principal FRLCH=147tf

pM = 35MPa nM = 300 rotmin di = 762 mm LP 4 (filetul de legătură al lulelei cu FF) 6⅝

REG LH (filetul de legătură cu RLCH)

32Alegerea ansamblului macara carlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 32 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]

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia [1]

FMC ge FCM (321)

Din tab32 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32-1250 MC -300 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii

45

Tabel 31 Caracteristicile Ansamblului Macara-Carlig

Tabelul 32 Tipurile de macarale-cacircrlig construite icircn Romacircnia şi caracteristicile lor (cf [69])

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (32)

GMC =8610t middot 981 ms2 = 84464 kN

46

UnMas F200Denumire 5-32MC-300

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300

Nr Roti manevra - 5

Diam cablului mm 32

Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140

Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in f-ie de rulmenti US tonf 347

Masa t 8610

Fig 32 Construcţia ansamblului-cacircrlig mono-bloc 1 ndash cacircrlig triplex 2 ndash bolţ 3 ndash pahar şi rulment axial 4 ndash tijă 5ndash piston 6 ndash arcuri de destindere 7 ndash piesă de legătură icircntre ansamblul cacircrligului şi macara 8 ndash axul macaralei 9 ndash role 10 ndash rulmenţii macaralei 11 ndash plăci laterale

33Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul de foraj reprezinta partea fixa a masinii macara-geamblac Se monteaza in

grupul mastului pe grinzi numite coroana geamblacului Este format dintr-un ax pe care se

monteaza un anumit numar de role (z+1) prin intermediul unor rulmenti Fiecare rola se misca

independent de celelalte (z-numarul de role de la macara) [1]

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

-geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţie romacircnească Avantajul acestui tip

constructiv este acela că este o construcţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

- 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

47

c geamblacul de foraj din două blocuri

- geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se pot roti şi interschimba asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

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

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

a geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

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

b geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

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 ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia [1]

Fig 331 Geamblac cu o roata separata

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 332

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

Alegerea geamblacului de foraj se face in functie de sarcina de lucru maxima de diametrul cablului utilizat de tipul cablului de manevra de tipul macaralei respectiv de tipul ansamblului macara-carlig

48

Pentru instalatia F200-2DH se alege unul din geamblacurile tipizate care sa indeplineasca cerintele impuse

Fig 33 2Geamblac monobloc 1 ndash suport (prin care GF se montează prin şuruburi de coroană ramă) 2ndash ax 3 ndash rolă roată 4 ndash rulment radial-axial cu role conice pe două racircnduri 5 ndash disc distanţier 6 ndash bucşă distanţieră 7 ndash ungător cu bilă (folosit pentru ungerea consistentă a rulmenţilor) (canalele de ungere sunt practicate icircn plan orizontal) 8 ndash placă de presare 9 ndash apărătoare

Pentru instalatia de foraj F 200 se va folosi un geamblac A 6 -32-1250GF-300 (-400C)(vezi [1] cap 54 tab56)adica geamblac de foraj cu 6 roţi role pe ax cu diametrul cablului de manevră de 32 mm

diametrul exterior al rolei de 1250 mm sarcina maximă de lucru 300tfşi temperatura de lucru de ndash

40degC Din tabelul 56 Cap 5 [1]se observă că acest tip de geamblac face parte din clasa

echipamentului (de manevră) 450

Tabel 33 Caracteristicile GeamblaculuiUnMas

Denumire 6-32GF-300Sarcina maxima la coroana geamblacului tf 400

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300Nr Roti manevra - 6

Diam cablului mm 32Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in functie de rulmenti US tonf 416Masa t 28

49

34Alegerea elevatorului 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

Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane de tubare (B-ElPCB) (bdquocasing slip

elevator-spiderrdquo icircn lb en) este o sculă de manevră care se foloseşte icircn timpul tubării puţurilor

atacirct pentru susţinerea coloanei de burlane (CB) ca broască cu pene aşezată pe masa rotativă

(MR) cacirct şi pentru săltarea din penele broaştei şi introducerea coloanei icircn puţ ca elevator (cu

pene) Deci aceste scule se folosesc icircn pereche icircn timpul tubării puţurilor una aşezată pe MR

susţine CB prin icircmpănare icircndeplinind funcţia de broască cu pene (vezi fig 341) iar cealaltă

care este susţinută icircn chiolbaşi avacircnd rolul de elevator (cu pene) se prinde tot prin icircmpănare pe

burlanul care s-a adăugat prin icircnşurubare la coloană saltă CB din broasca cu pene şi o susţine icircn

timpul introducerii ei icircn sondă (vezi fig 342)

Fig 342 Tragerea burlanului pe jilip cu ajutorul unui elevator de tras burlane pentru a fi icircnşurubat icircn

coloana susţinută icircn broasca cu pene

50

Fig 343 Varianta de elevator (cu pene) (cu inel ridicător) a broaştei-elevator cu pene cu două semicorpuri care este susţinută icircn ochiurile inferioare ale chiolbaşilor (11) icircn timpul introducerii coloanei de burlane (12) icircn puţul care se tubează 1 ndash corp carcasă 2 ndash umăr 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă de siguranţă 5 ndash corp de pană 6 ndash bacuri 7 ndash pacirclnie de ghidare 8 ndash cadru ridicător 9 ndash icircmpingătoare 10 ndash mecanism cu pacircrghii de ridicare

Din punct de vedere funcţional se deosebesc tipurile bull broască cu pene (BP) bull elevator cu pene (ElP)

Fig344 Broasca-elevator cu pene

51

In figura 344 este reprezentata Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane (broasca cu pene icircn partea de sus stanga elevatorul cu pene icircn partea dreapta şi vedere de sus a elevatorului cu pene icircn partea de jos) 1ndash corp 2ndash umăr braţ superior 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă (siguranţă pentru chiolbaşi) 5 ndash poartă uşă 6 ndash pene 7 ndash bacuri 8 ndash placă de sprijin (pe masa rotativă) 9 ndash guler de protecţie şi ghidare 10 ndash pacirclnie de ghidare HB ndash icircnălţimea broaştei cu pene HE ndash icircnălţimea elevatorului cu pene l ndash lăţimea broaştei-elevator

Alegerea elevatorului cu pene se face din conditiile urmatoare

FPgtFCBM

(341)

unde

FPleFBminusEl PCB

(342)

Studiind oferta companiei STEROM SA Cacircmpina conform ([1] cap 8 tab88) se alege un elevator cu pene de tipul

B-ElPCB 4frac12 ndash 13⅜ in x 350 ts (9⅝ x 275 ts x 8⅝) (ndash 45ordmC)

icircnseamnă broască-elevator destinată utilizării pentru burlane cu diametrul nominal cuprins

icircntre 4frac12 in şi 13⅜ in (inclusiv) cu sarcina nominală (sarcina maximă de lucru) de 350 ts (320tf)

echipată cu pene set de pene de 958 in cu sarcina nominală (maximă de lucru) de 275 ts (250 tf)

icircn care sunt montate bacuri de 858 in adică această broască-elevator este echipată pentru susţinerea

unei CB de 858 care determină icircn timpul manevrei ei o sarcină maximă la cacircrlig de cel mult 275ts

(250 tf) Ea este executată să lucreze icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash 45 ordmC

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

21t∙981ms2 =20601kN

35 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatorul pentru prăjini de foraj (ElPF) (bdquodrill pipe elevatorrdquo icircn lb en) este o sculă de

manevră care se foloseşte pentru susţinerea garniturii de foraj (GarF) icircn timpul extragerii şi

introducerii ei icircn sondă El prinde sub mufa PF şi este agăţat prin umerii săi icircn ochiurile

inferioare ale chiolbaşilor

ElPF se compune din

52

ndash două corpuri articulate care se icircnchid pe PF prevăzute cu cacircte un umăr cu care se suspendă icircn

ochiurile inferioare (mici) ale chiolbaşilor

ndash icircnchizatorul celor două corpuri

ndash eclise cu bolţuri prinse icircn umeri pentru asigurarea contra ieşirii chiolbaşilor

Elevatoarele se deosebesc prin forma lor modul de icircnchidere a celor două corpuri şi forma

suprafeţei de rezemare a prăjinilor

Din punctul de vedere al icircnchiderii se diferenţiază

ndash ElPF cu icircnchidere centrală (ElPFIcircC)

ndash ElPF cu icircnchidere laterală (ElPFIcircL)

După forma suprafeţei de sprijin al PF se disting

ndash ElPF cu scaun drept (ELPFSD) deci cu suprafaţă de rezemare dreaptă folosite pentru

manevrarea prăjinilor de foraj cu racorduri speciale sudate cu umăr drept (RSSUD) sau cu

racorduri icircnfiletate [1]

Fig 351 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun conic

ndash ElPF cu scaun conic (ElPFSC) care dispun de o suprafaţă de rezemare interioară tronconică cu unghiul de icircnchidere standardizat de 18deg ca şi mufele racordurilor speciale sudate cu umăr conic (RSSUC)

53

Fig 352 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun dreptElevatoarele sunt tipizate prescripţiile generale fiind prevăzute de API Spec 8A [85] şi

Spec 8C [86] Icircn fig 88 este reprezentat un ElPF cu scaun conic iar icircn fig 89 un ElPF cu scaun

drept

In figura 34 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic

Fig 34 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Alegerea elevatorului pentru prajini se face in functie de tipul prajinilor de foraj

1 Daca prajinile sunt cu recorduri speciale infiletate atunci cu scaun drept

2 Daca prajinile sunt cu racorduri speciale sudate atunci cu scaun conic

La alegerea elevatorului trebuie indeplinita conditia

FElgtFGar FMn

(sarcina normala utila de la carlig) (351)

icircn care FGar FM

este sarcina maximă care apare icircn timpul manevrării garniturii pacircnă la adacircncimea

maximă de foraj a puţului respectiv

54

Pentru că prăjinile de foraj sunt cu RSSUC si FGar FM

=122863kN conform tabelului 85

[1] cap 8 se alege un elevator cu scaun conic cu urmatoarea nominalizare

Elevator cu scaun conic 4frac12 x 1214 x 250 adica

elevator cu scaun conic cu dimensiunea nominală de 4frac12 ( pentru prăjini de foraj cu

RSSUC cu diametrul nominal de 4frac12 DPF = 4frac12) cu diametrul interior de 1214 mm (ceea ce

icircnseamnă că se utilizează pentru prăjini cu capetele fie cu II fie cu IEI (conform tabelului 85 cap

8) şi cu sarcina maximă de lucru de 250 tf cu masa mEl=1828kg conform NR 05-1018R STEROM

SA

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

ELpF= mEl middot g (253)

GEl = 1828 kg middot 981 ms2 = 18 kN

36Alegerea chiolbasilor

Chiolbaşii (Ch) (bdquothe drilling linksrdquo bdquoelevator linksrdquo icircn lb en) denumiţi şi bdquobraţele de

elevatorrdquo sunt scule de foraj care fac legătura icircntre cacircrlig şi elevator fiind utilizaţi icircn timpul

manevrei garniturii de foraj (GarF) şi coloanelor de burlane (CB)

Ei se agaţă cu ochiurile superioare de umerii cacircrligului şi susţin cu ochiurile lor inferioare

elevatorul prin umerii acestuia (vezi fig 361) Astfel sarcina datorată GarF sau CB este

preluată prin intermediul elevatorului de către Ch care o transmit cacircrligului [1]

55

Fig 361 Ansamblul format din macara-cacircrlig chiolbaşi şi elevator icircncare este susţinută garnitura de foraj icircn timpul manevrei acesteia

Din punct de vedere al sarcinii de lucru exista 3 tipuri de chiolbasi

1 Usor (sarcini mici)

2 Mediu (sarcini medii)

3 Greu (sarcini mari)

Tipul usor are forma de za alungita iar cel mediu si greu ndash de bara prevazuta la ambele capete cu

ochiuri

Chiolbasii se executa prin forjare in matrita dintr-o singura bucata de otel slab aliat de

constructii pentru a se asigura o rezistenta mare atat prin fibrajul obtinut prin procedeul tehnologic

respective cat si prin compozitie si prin TT folosit

Fig 362 Diferite tipuri de chiolbaşi

Alegerea chiolbasilor se face in functie de sarcina de lucru si de lungimea nominala

Fig 363 Tipurile de chiolbaşi şi dimensiunile lor principale a ndash chiolbaş de tipul uşor b ndash chiolbaş de tipul mediu c ndash chiolbaş de tipul greu C2 ndash raza de curbură interioară a ochiului superior G1 ndash raza de curbură interioară a ochiului

56

inferior D2 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului superior cu umărul cacircrligului H1 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului inferior cu umărul elevatorului d d1 ndash diametrul barei L ndash lungimea de lucru (dintre

punctele de sprijin pe umărul cacircrligului şi pe umărul elevatorului)

Conform normelor prevazute pentru F200-2DH se aleg chiolbasi de tip greu serie Chiolbaşi 69 x 2100 x 320

Gama de sarcini Fch = 320 tf perDimensiuni principale- d1 = 85 mm- C2 = 108 mm

- G1 =70 mm- D2 = 34 mm - H1 = 345 mm- Lungimea totala Lch = 2100 mm- Masa netă informativă mch = 247 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (36)

GCh = 247 kg middot 981 ms2 = 243 kN

37Alegerea cablului de manevra

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

1 la manevră cablul de manevră sau de foraj

2 la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcărit

3 la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancoră

4 pentru rabaterea turlei cablul de praştie

5 la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electrici

Cablurile 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

57

1 de acelaşi diametru 5 la fire2 de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 371)

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

Fig 371 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

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

1 organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)

2 metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)

3 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 ]

58

Fig 372 Cablarea a ndash icircnfăşurarea spre dreapta b ndash icircnfăşurarea spre stacircngac ndash cablarea icircn cruce stacircnga (ZS) d ndash cablarea icircn cruce dreapta (SZ)e ndash cablarea paralelă dreapta (ZZ) f ndash cablarea paralelă stacircnga (SS)

Alegerea cablului se face pe baza sarcinii sale reale minime de rupere (Srm) astfel icircncacirct să fie satisfăcută condiţia de rezistenţă (vezi [1])

Srm gecM middot FM (37)

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

CM - coeficientul de siguranţă pentru operatiile de tubare si instrumentatie care se accepta egal cu

valoarea 2 conform API Spec9B iar FM ste forta maxima din RA a infasurarii cablului Ea se

determina cu expresia[1]

(372)

in care FM este forta totala care actioneaza asupra ramurilor din cablu z ndash nr de role de la macaraηMminusG - randamentul masinii macara-geamblac la ridicareRandamentul masinii macara-geamblac la ridicare se obtine cu relatia (cf[1])

ηMminusG=β2 ∙Zminus1

2 ∙ Z ∙ β2 ∙Z ∙ ( βminus1 ) (373)

unde β este inversul randamentului unei role

β= 1ηRo

(374)

pentru care se admite valoarea β =104 conform API iar ηRo =096 (API) randament role

59

FM=FM

2sdotzsdotηM minusG

Conform tipului de ansamblu MC ales z =5 Atunci rezultă

ηMminusG =

1 04225minus12sdot5sdot1 042sdot5 (1 04minus1 )

=0 811

Forţa F M se calculează cu expresia (conform [1])

FM =F M +GoTsdot(1+

ac(M )

g )

(375)

unde FM

este sarcina maxima utila la carlig GoT - greutatea moarta la tubare g- acceleratia

gravitationala g= 981 ms2 ac(M )

- acceleratia miscarii carligului are valori cuprinse in domeniul

[0515]∙ ms2

Greutatea moartă la tubare se determină ţinacircnd cont de greutatea elementelor ansamblului

MC a chiolbaşilor (Ch) a elevatorului cu pene (ElP) şi a ramurilor de cablu dintre macara şi

geamblac

GoT =

GMC+G ch+GEl P+GCM

(376)

Deoarece la acest moment nu se cunoaşte tipodimensiunea cablului şi ca urmare masa sa unitară se face aproximaţia

GoT iquestGMC+G ch+GEl P (377)

rezulta

GOT=8446 kN+243kN+20601 kN=1075 kN

Ştiind tipul IF se determină

FM

=200tf= 200∙981 =1962kNSe accepta

ac(M )=1 m s2

si se obtine

FM =1962 kN+107 5 kNsdot(1+ 19 81 )=2080 46 kN

60

Se calculeaza

F =

2080 46 kN2sdot5sdot0 811

=256 531 kN

Se determină sarcina reală minimă de rupere necesară a cablului cu formula

Srmnec gecM middot FM (378)

c M=2 ( conform API) si rezulta

Srmnec =2∙256531kN=513062kN

Se alege un cablu Seale cu o măsură a lui Srm astfel icircncacirct să fie icircndeplinită condiţia următoare

Sr mgtSr m nec

(379)

Ca urmare din [1] tabelul 52 se constată că se poate alege

Cablu Seale 6x19-32-1570 SZ STAS1689-80

caracterizat prin

nT=6 nr toroane

n f=19=1+9+9 nr fire din fiecare torondc=32 mm diametrul nominalRm=1570 MPa rezistenta minima de rupere a sarmelorSr m=531 32 kN sarcina reala minima de rupered0=3 mm diametrul sarmelor centraled1=1 45 mm diametrul sarmelor intermediared2=26 mm diametrul sarmelor exterioarem1 C=3 89 kg m masa unitara

Tipul cablării cruce dreapta (SZ) adică sensul de icircnfăşurare a firelor icircn toron este spre stanga(S) iar sensul de icircnfăşurare a toroanelor icircn cablu este spre dreapta (Z)Sr m=531 32gtSr nec=513 062 kN

Deci conditiaSr mgtSr nec este satisfacuta

Se reia calculul pentru verificare

61

Trebuie sa recalculam FM tinand cont si de greutatea cablului GCM

GCM =2sdotzsdotlr CM(M ) sdotqc (3710)

qc - greutatea unitara a cabluluiqc =m1 Csdotg (3711)

qc =3 89 kg msdot9 81 m s2=38 161 N mlr CM(M ) =(15 m+lp )+sminuslb (3712)

lr CM(M )

=(15 m+27 m)+65 mminus9 m=26 m

in care s=65m ndash spatiu de siguranta lb=9m lungimea unui burlanlp=27m lungimea pasului

GCM=2sdot5sdot26 msdot38 161 N m=9 922 kN

GoT=107 5 kN+9 922kN=117 422kN

Pentru IF F200-2DH vom avea

F =

2091 413 kN2sdot5sdot0 811

=257 88 kN

c M=Sr m

F c M=531 32kN

257 88 kN=2 06gtc=2

Tabelul 375 Parametrii caracteristici ai cablurilor Seale 6 x 19 conform STAS 1689-80

38 Alegerea troliului de foraj

62

FN=200sdot9 81kN+117 442kN (1+ 19 81

)=2091 413kN

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

LCB ndash lungimea CB lj ndash lungimea tronsonului de ordinul j kDij ndash coef diametrului interior al burlanelor din tronsonul j

K Dij=Dibj

DCB

(188)

Pentru CI(I) de 858in vom avea

DCI(I)=858in= 2191 mmntCI(I)=6

sB jisin 10 16 10 16 8 94 10 16 10 16 11 43 mmDi B jisin 198 8 198 8 2012 198 8198 8 196 8 mm

k Di jisin 0 907 0 907 0 918 0 907 0 907 0 898 l jisin 255 325 460 520 395 705 m

LCI(I)=HCI(I)=2660m

=125tm3

sf a=0 653 mm grosimea stratului de fluid de foraj aderent de peretele exterior al CB

iquestsumj=1

6

(1minusk Di j2 )sdotl j=

(1-09072)sdot255+(1minus09072 )sdot325+(1-09182 )sdot460+ (1minus09072 )sdot52 0++ (1-09072)sdot39 5+(1minus0 8982)sdot705=473 972 m

Se admite

k r(M )=02

si ac

(lt M )=1 ms2 Se obţine

Sarcina maxima utila la tubare

FM T =1413 516 kN sdot[(1minus1 25 t m3

7 85 t m3 )sdot(1+02 )+ (1+0 745 )sdot 19 81 ]=1677 556 kN

Sarcina maxima utila de degajare a celei mai grele garnituri de foraj se determina cu relatia[1]

FM D =GGar F Msdot(1minus ρ f

ρo)+FD M

FD M este forta de degajare maxima FD M =300kN

33

k m f(M )=

ρ f

ρo

sdot[(1+4sdotsf a

DCB)sdot LCB

sumj=1

5

(1minusk Di j2 )sdotl j

minus1]=

Măsura lui FDM se apreciază icircn funcţie de măsura lui HM conform tabelului 1 aplicatia 9

FM D =1228 624 kNsdot(1minus1 25 t m3

7 85 t m3)+300 kN=1332 983

kN

Conform rezultatelor de mai sus se obtineFM

=max 1677 556 1332983 kN=1677 556 kN 9 81≃171 0047 tf

Ca urmare se poate alege o IF transportabilă pe cale terestră pe subansamble (SAn) din clasa F 200 (vezi [1])

Tipul acţionării se alege icircn funcţie de posibilitatea de alimentare cu energie electrică a IF icircn

zona de amplasare de instalaţiile aflate icircn dotarea firmei de foraj şi de costul comparativ al

combustibilului şi al energiei electrice din perioada cacircnd o să lucreze instalaţia icircn situaţia icircn care

firma dispune de instalaţii cu acţionări neautonome sau autonome

Se admite că situaţia din zona de amplasament a IF impune o acţionare de tipul DH Avacircnd

icircn vedere acest lucru rezultă că se poate alege o IF de tipul

F-200-2DH (T(SAn))

19 Concluzii

Pe baza datelor luate din materialul didactic si standardele nationale cat si internationale s-a

facut un calcul teoretic de alegere al instalatiei de foraj Luand in consideratie ca mediul real poate

aduce un aport negativ asupra calculelor teoretice in rezultatele prezentate mai sus s-au luat niste

coeficienti de siguranta care sa acopere riscurile posibile totodata s-a constatat ca desi pentru

Sonda 7 Pacurari este necesara o instalatie mai mica decat cea aleasa am fost nevoit sa aleg anume

F200-2DH deoarece conditiile tehnico-economice presupun utilizarea tipului utilajului folosit deja

in industria petroliera si standardizat conform normelor STAS si API

2 PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

21 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

34

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

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 arborele 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 [1]

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 MBM 820 cu supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului DH de tipul GF-820+CHC-750-2 sunt

prezentate icircn fig 21 Se analizează dependenţele funcţionale reprezentate de aceste curbe (vezi

aplicatia 13)

35

Fig 2 1 Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului de acţionare de tipul DHformat din GF 820 şi CHC-750-2 pentru reglarea motorului diesel la sarcină plină

şi funcţionarea lui cu gradul maxim de accelerare (la care puterea maximă amotorului este puterea nominală Pn) şi funcţionarea lui cu gradul maxim deaccelerare MI MII ndash momentul dezvoltat la arborele primar (I) respectiv laarborele secundar (II) al CHC ωI ωII ndash viteza unghiulară PI PII ndash puterea

ηCHC ndash randamentul CHC

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (210)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (211)

Tabel 311 Parametrii functionali ai grupului de actionare GF-820 + CHC-750-2

36

Fig 211 Curba caracteristica exterioara a CHC este o caracteristica flexibila cresterea momentului rezistent este

preluata de CHC prin reducerea importanta a vitezei unghiulare a arborelui secundar

Din aceste grafice se deduce ca pentru ηm= 07 DEF al CHC-750-2 reprezentat prin ηCH ϵ

[0700 0847] nII ϵ [275 950] rotmin MII ϵ [14730 4000] kNm

Din datele obinute rezulta avantajele utilizarii CHC in cadrul GA de tipul DH

1 CHC lucreaza ca un variator continuu de viteza adica ωII se modifica automat si continuu odata cu variatia momentului rezistent aplicat arborelui secundar astfel se spune ca CHC isi regleaza regimul de functionare deci CHC permite o autoadaptare a GA la sarcina

2 Utilizarea CHC simplifica lantul cinematic al IF37

3 CHC protejeaza motorul Diesel impotriva suprasarcinilor si a socurilor transmise de la antorul sistemului de lucruinclusive in situatia blocarii secundarului

Fig 212 Curbele caracteristice pentru sarcina plina ale motorului MBM-820 si curba puterii in functie de sarcina plina a aceluiasi motor

22 Alegerea modului de acţionare

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

38

Instalaţiie 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[1]

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

39

Fig 221 Schema structural-functionala a unei instalatii de foraj cu mod de actionare centralizatin varianta MAC2 cu

actionare DH

S-a ales varianta MAC2 in care PN este actionata separat formand impreuna cu GA si transmisiile mecanice respective un grup motopompa (GMP) dupa cum TA este DH vezi 1[1])

23 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

1 pompe centrifuge pentru hidrocicloane2 site vibratoare 3 agitatoare4 pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de foraj5 pompe centrifuge pentru apa6 pompe centrifuge pentru chimicale7 pompe pentru reziduuri8 pompe pentru combustibil9 comanda hidraulica a prevenitoarelor10 instalaţie pentru uscarea aerului11 agregate pentru icircncălzire12 maşini-unelte13 agregat pentru sudura

40

14 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

Tabel 231 Consumatorii auxiliari de forta utilizati in cadrul IF de tipul F200-2DH si puterea lor

NrCrt

Denumirea consumatorilor Puterea motorului

kW

NrmotoarePuterea totala

kW

A Instalatia de foraj propriu-zisa

1 Site virbatoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 10 75

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa racire troliu 75 1 75

5 Pompa apa racire frina hidraulica 75 1 75

6 Pompe instalatie amestec chimicale 3 2 6

7 Pompe combustibil 3 2 6

8 Pompe ulei 15 1 15

9 Pompe de preparare a fluidului de foraj 75 2 150

10 Pompa baterie denisipare 55 1 55

11 Pompa baterie desmiluire 50 1 50

12 Instalatie degazeificare 5 1 5

13 Degazeificator 30 1 30

14 Instalatie de preparare centrifuga 20 3 60

15 Instalatie transport material pulverulent 4 1 4

16 Dispozitiv salvare garnitura 20 1 20

17 Dispozitiv strins-slabit 11 1 11

18 Dispozitiv manevra prajini grele 75 1 75

19 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

20 Pod tubaj reglabil 75 1 75

21 Instalatie comanda prevenitoare 11 1 11

41

22 Instalatie de uscare aer 15 1 15

23 Instalatie iluminat normal 18 1 18

24 Instalatie iluminat siguranta 08 1 08

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

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

PCsAF = 5928 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

24 Calculul puterii instalate

Puterea instalata a IF (Prsquo) reprezinta puterea motoarelor utilizate pentru actionarea

antoarelor principale a celor auxiliare si pentru actionarea celorlalte utilaje si instalatii folosite

pentru executarea diverselor operatii auxiliare

Prsquo = P + PCsAF (241)

P = n Pn (242)

Pn-Puterea nominala a motorului MB820 Pn= 655 kW

n-numarul de motoare folosite

P = (2+2) ∙ PnP = (2 + 2) 655kW = 2620 kW

Prsquo= 2620 kW + 5928 kW = 32128 kW

25 ConcluziiIn capitolul 2 s-au ales grupurile de actionare Alegerea s-a facut pe baza analizei

parametrilor motoarelor si caracteristicile acestora s-a evidentiat modul de utilizare al acestor

grupuri de actionare astfel incat sa fie satisfacute conditiile de tehnologicitate si economicitate

Acest lucru s-a facut pentru a obtine niste parametri de lucru cat se poate eficienti si economici

deoarece in cazul neindeplinirii uneia din conditii se pot intampla atat stagnari ale procesului

normal de foraj (uneori poate chiar si cu consecinte catastrofale) cat si pierderi financiare mari

42

3 ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ SI PREZENTAREA PARAMETRILOR SI CARACTERISTICILOR LOR

31Alegerea capului hidraulic

Fig31 Secţiune prin CH (reprezentare schematică (a) şi reprezentare constructivă (b))1 ndash corp (oală) 2 ndash bolţ 3 ndash toartă (biglu) 4 10 ndash rulment cu role cilindrice (de ghidare) 5 11 ndash garnituri de

etanşare 6 ndash rulment axial principal cu role conice 7 ndash fus 8 ndash reducţie 9 ndash rulment axial secundar cu bile 12 ndash felinar (capac) 13 ndash lulea 14 ndash piuliţă inferioară 15 ndash ţeavă de spălare 16 ndash cutie de etanşare 17 ndash etanşarea icircntre

partea superioară a ţevii de spălare şi lulea 18 ndash piuliţă superioară 19 ndash şuruburi de fixare

Capul hidraulic [1] (CH) este un utilaj care face parte din ansamblul de antrenare a GarF

El reprezinta nodul de legatura intre cele trei echipamente principale (EqPr) ale IF echipamentul

de circulatie (EqC) echipamentul de rotatie (EqR) si de manevra (EqM)

CH este suspendat in ciocul cirligului triplex cu ajutorul toartei sale La randul sau CH sustine

garnitura de foraj prin intermediul reductiei de legatura si al prajinii de antrenare De luleaua CH

se monteaza furtunul de noroi

43

Ca urmare functiunile CH sunt

1 Sustinerea GarF in timpul forajului

2 Permiterea rotatiei GarF

3 Conducerea fluidului de forajsub presiunede la FN la PA prin lulea teava de spalare

fus si RLCHin cazul circulatiei directe

Marimile fizice principale ale CH1 marimile functionale

- sarcina de lucru maxima

- turatia maxima a fusului

- presiunea maxima a fluidului de foraj

2 marimile dimensional-constructive

- diametrul interior al tevii de spalare

- tipo-dimensiulnile de legatura

3 marimile de anduranta

- sarcina limitacapacitatea in functie de rulmentul principal

- durabilitatea rulmentului principal

- durabilitatea etansarii tevii de spalare

Fig 31 Capul hidraulic (CH) montat icircn ciocul cacircrligului icircn timpul forajului

Alegerea capului hidraulic se face pe baza sarcinii maxime de lucru (FCH M

) si trebuie sa echipeze instalatia de foraj F200-2DH [1]

44

FCH M

geF M

(31)

FM =200 tf

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

(32)

Capetele hidraulice construite icircn Romacircnia sunt tipizate conform SR 5736 [66] care este

elaborat icircn concordanţă cu API Spec 8A [67] şi API Spec 8C [68]

Din tab 62 Cap 6 6 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH ndash 320 (ndash40degC) SR 5736

necesar instalaţiei de foraj alese F200

CHndash320 (ndash40degC) SR 5736 este un cap hidraulic echipat cu rulment axial-oscilant cu role

butoi cu sarcina maximă de lucru de 320tf care lucrează icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash

40degC

Conform SR 5736 acest tip de CH se caracterizează şi prin

Sarcina limită sau capacitatea maximă icircn funcţie de rulmentul principal FRLCH=147tf

pM = 35MPa nM = 300 rotmin di = 762 mm LP 4 (filetul de legătură al lulelei cu FF) 6⅝

REG LH (filetul de legătură cu RLCH)

32Alegerea ansamblului macara carlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 32 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]

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia [1]

FMC ge FCM (321)

Din tab32 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32-1250 MC -300 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii

45

Tabel 31 Caracteristicile Ansamblului Macara-Carlig

Tabelul 32 Tipurile de macarale-cacircrlig construite icircn Romacircnia şi caracteristicile lor (cf [69])

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (32)

GMC =8610t middot 981 ms2 = 84464 kN

46

UnMas F200Denumire 5-32MC-300

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300

Nr Roti manevra - 5

Diam cablului mm 32

Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140

Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in f-ie de rulmenti US tonf 347

Masa t 8610

Fig 32 Construcţia ansamblului-cacircrlig mono-bloc 1 ndash cacircrlig triplex 2 ndash bolţ 3 ndash pahar şi rulment axial 4 ndash tijă 5ndash piston 6 ndash arcuri de destindere 7 ndash piesă de legătură icircntre ansamblul cacircrligului şi macara 8 ndash axul macaralei 9 ndash role 10 ndash rulmenţii macaralei 11 ndash plăci laterale

33Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul de foraj reprezinta partea fixa a masinii macara-geamblac Se monteaza in

grupul mastului pe grinzi numite coroana geamblacului Este format dintr-un ax pe care se

monteaza un anumit numar de role (z+1) prin intermediul unor rulmenti Fiecare rola se misca

independent de celelalte (z-numarul de role de la macara) [1]

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

-geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţie romacircnească Avantajul acestui tip

constructiv este acela că este o construcţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

- 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

47

c geamblacul de foraj din două blocuri

- geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se pot roti şi interschimba asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

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

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

a geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

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

b geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

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 ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia [1]

Fig 331 Geamblac cu o roata separata

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 332

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

Alegerea geamblacului de foraj se face in functie de sarcina de lucru maxima de diametrul cablului utilizat de tipul cablului de manevra de tipul macaralei respectiv de tipul ansamblului macara-carlig

48

Pentru instalatia F200-2DH se alege unul din geamblacurile tipizate care sa indeplineasca cerintele impuse

Fig 33 2Geamblac monobloc 1 ndash suport (prin care GF se montează prin şuruburi de coroană ramă) 2ndash ax 3 ndash rolă roată 4 ndash rulment radial-axial cu role conice pe două racircnduri 5 ndash disc distanţier 6 ndash bucşă distanţieră 7 ndash ungător cu bilă (folosit pentru ungerea consistentă a rulmenţilor) (canalele de ungere sunt practicate icircn plan orizontal) 8 ndash placă de presare 9 ndash apărătoare

Pentru instalatia de foraj F 200 se va folosi un geamblac A 6 -32-1250GF-300 (-400C)(vezi [1] cap 54 tab56)adica geamblac de foraj cu 6 roţi role pe ax cu diametrul cablului de manevră de 32 mm

diametrul exterior al rolei de 1250 mm sarcina maximă de lucru 300tfşi temperatura de lucru de ndash

40degC Din tabelul 56 Cap 5 [1]se observă că acest tip de geamblac face parte din clasa

echipamentului (de manevră) 450

Tabel 33 Caracteristicile GeamblaculuiUnMas

Denumire 6-32GF-300Sarcina maxima la coroana geamblacului tf 400

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300Nr Roti manevra - 6

Diam cablului mm 32Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in functie de rulmenti US tonf 416Masa t 28

49

34Alegerea elevatorului 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

Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane de tubare (B-ElPCB) (bdquocasing slip

elevator-spiderrdquo icircn lb en) este o sculă de manevră care se foloseşte icircn timpul tubării puţurilor

atacirct pentru susţinerea coloanei de burlane (CB) ca broască cu pene aşezată pe masa rotativă

(MR) cacirct şi pentru săltarea din penele broaştei şi introducerea coloanei icircn puţ ca elevator (cu

pene) Deci aceste scule se folosesc icircn pereche icircn timpul tubării puţurilor una aşezată pe MR

susţine CB prin icircmpănare icircndeplinind funcţia de broască cu pene (vezi fig 341) iar cealaltă

care este susţinută icircn chiolbaşi avacircnd rolul de elevator (cu pene) se prinde tot prin icircmpănare pe

burlanul care s-a adăugat prin icircnşurubare la coloană saltă CB din broasca cu pene şi o susţine icircn

timpul introducerii ei icircn sondă (vezi fig 342)

Fig 342 Tragerea burlanului pe jilip cu ajutorul unui elevator de tras burlane pentru a fi icircnşurubat icircn

coloana susţinută icircn broasca cu pene

50

Fig 343 Varianta de elevator (cu pene) (cu inel ridicător) a broaştei-elevator cu pene cu două semicorpuri care este susţinută icircn ochiurile inferioare ale chiolbaşilor (11) icircn timpul introducerii coloanei de burlane (12) icircn puţul care se tubează 1 ndash corp carcasă 2 ndash umăr 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă de siguranţă 5 ndash corp de pană 6 ndash bacuri 7 ndash pacirclnie de ghidare 8 ndash cadru ridicător 9 ndash icircmpingătoare 10 ndash mecanism cu pacircrghii de ridicare

Din punct de vedere funcţional se deosebesc tipurile bull broască cu pene (BP) bull elevator cu pene (ElP)

Fig344 Broasca-elevator cu pene

51

In figura 344 este reprezentata Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane (broasca cu pene icircn partea de sus stanga elevatorul cu pene icircn partea dreapta şi vedere de sus a elevatorului cu pene icircn partea de jos) 1ndash corp 2ndash umăr braţ superior 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă (siguranţă pentru chiolbaşi) 5 ndash poartă uşă 6 ndash pene 7 ndash bacuri 8 ndash placă de sprijin (pe masa rotativă) 9 ndash guler de protecţie şi ghidare 10 ndash pacirclnie de ghidare HB ndash icircnălţimea broaştei cu pene HE ndash icircnălţimea elevatorului cu pene l ndash lăţimea broaştei-elevator

Alegerea elevatorului cu pene se face din conditiile urmatoare

FPgtFCBM

(341)

unde

FPleFBminusEl PCB

(342)

Studiind oferta companiei STEROM SA Cacircmpina conform ([1] cap 8 tab88) se alege un elevator cu pene de tipul

B-ElPCB 4frac12 ndash 13⅜ in x 350 ts (9⅝ x 275 ts x 8⅝) (ndash 45ordmC)

icircnseamnă broască-elevator destinată utilizării pentru burlane cu diametrul nominal cuprins

icircntre 4frac12 in şi 13⅜ in (inclusiv) cu sarcina nominală (sarcina maximă de lucru) de 350 ts (320tf)

echipată cu pene set de pene de 958 in cu sarcina nominală (maximă de lucru) de 275 ts (250 tf)

icircn care sunt montate bacuri de 858 in adică această broască-elevator este echipată pentru susţinerea

unei CB de 858 care determină icircn timpul manevrei ei o sarcină maximă la cacircrlig de cel mult 275ts

(250 tf) Ea este executată să lucreze icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash 45 ordmC

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

21t∙981ms2 =20601kN

35 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatorul pentru prăjini de foraj (ElPF) (bdquodrill pipe elevatorrdquo icircn lb en) este o sculă de

manevră care se foloseşte pentru susţinerea garniturii de foraj (GarF) icircn timpul extragerii şi

introducerii ei icircn sondă El prinde sub mufa PF şi este agăţat prin umerii săi icircn ochiurile

inferioare ale chiolbaşilor

ElPF se compune din

52

ndash două corpuri articulate care se icircnchid pe PF prevăzute cu cacircte un umăr cu care se suspendă icircn

ochiurile inferioare (mici) ale chiolbaşilor

ndash icircnchizatorul celor două corpuri

ndash eclise cu bolţuri prinse icircn umeri pentru asigurarea contra ieşirii chiolbaşilor

Elevatoarele se deosebesc prin forma lor modul de icircnchidere a celor două corpuri şi forma

suprafeţei de rezemare a prăjinilor

Din punctul de vedere al icircnchiderii se diferenţiază

ndash ElPF cu icircnchidere centrală (ElPFIcircC)

ndash ElPF cu icircnchidere laterală (ElPFIcircL)

După forma suprafeţei de sprijin al PF se disting

ndash ElPF cu scaun drept (ELPFSD) deci cu suprafaţă de rezemare dreaptă folosite pentru

manevrarea prăjinilor de foraj cu racorduri speciale sudate cu umăr drept (RSSUD) sau cu

racorduri icircnfiletate [1]

Fig 351 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun conic

ndash ElPF cu scaun conic (ElPFSC) care dispun de o suprafaţă de rezemare interioară tronconică cu unghiul de icircnchidere standardizat de 18deg ca şi mufele racordurilor speciale sudate cu umăr conic (RSSUC)

53

Fig 352 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun dreptElevatoarele sunt tipizate prescripţiile generale fiind prevăzute de API Spec 8A [85] şi

Spec 8C [86] Icircn fig 88 este reprezentat un ElPF cu scaun conic iar icircn fig 89 un ElPF cu scaun

drept

In figura 34 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic

Fig 34 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Alegerea elevatorului pentru prajini se face in functie de tipul prajinilor de foraj

1 Daca prajinile sunt cu recorduri speciale infiletate atunci cu scaun drept

2 Daca prajinile sunt cu racorduri speciale sudate atunci cu scaun conic

La alegerea elevatorului trebuie indeplinita conditia

FElgtFGar FMn

(sarcina normala utila de la carlig) (351)

icircn care FGar FM

este sarcina maximă care apare icircn timpul manevrării garniturii pacircnă la adacircncimea

maximă de foraj a puţului respectiv

54

Pentru că prăjinile de foraj sunt cu RSSUC si FGar FM

=122863kN conform tabelului 85

[1] cap 8 se alege un elevator cu scaun conic cu urmatoarea nominalizare

Elevator cu scaun conic 4frac12 x 1214 x 250 adica

elevator cu scaun conic cu dimensiunea nominală de 4frac12 ( pentru prăjini de foraj cu

RSSUC cu diametrul nominal de 4frac12 DPF = 4frac12) cu diametrul interior de 1214 mm (ceea ce

icircnseamnă că se utilizează pentru prăjini cu capetele fie cu II fie cu IEI (conform tabelului 85 cap

8) şi cu sarcina maximă de lucru de 250 tf cu masa mEl=1828kg conform NR 05-1018R STEROM

SA

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

ELpF= mEl middot g (253)

GEl = 1828 kg middot 981 ms2 = 18 kN

36Alegerea chiolbasilor

Chiolbaşii (Ch) (bdquothe drilling linksrdquo bdquoelevator linksrdquo icircn lb en) denumiţi şi bdquobraţele de

elevatorrdquo sunt scule de foraj care fac legătura icircntre cacircrlig şi elevator fiind utilizaţi icircn timpul

manevrei garniturii de foraj (GarF) şi coloanelor de burlane (CB)

Ei se agaţă cu ochiurile superioare de umerii cacircrligului şi susţin cu ochiurile lor inferioare

elevatorul prin umerii acestuia (vezi fig 361) Astfel sarcina datorată GarF sau CB este

preluată prin intermediul elevatorului de către Ch care o transmit cacircrligului [1]

55

Fig 361 Ansamblul format din macara-cacircrlig chiolbaşi şi elevator icircncare este susţinută garnitura de foraj icircn timpul manevrei acesteia

Din punct de vedere al sarcinii de lucru exista 3 tipuri de chiolbasi

1 Usor (sarcini mici)

2 Mediu (sarcini medii)

3 Greu (sarcini mari)

Tipul usor are forma de za alungita iar cel mediu si greu ndash de bara prevazuta la ambele capete cu

ochiuri

Chiolbasii se executa prin forjare in matrita dintr-o singura bucata de otel slab aliat de

constructii pentru a se asigura o rezistenta mare atat prin fibrajul obtinut prin procedeul tehnologic

respective cat si prin compozitie si prin TT folosit

Fig 362 Diferite tipuri de chiolbaşi

Alegerea chiolbasilor se face in functie de sarcina de lucru si de lungimea nominala

Fig 363 Tipurile de chiolbaşi şi dimensiunile lor principale a ndash chiolbaş de tipul uşor b ndash chiolbaş de tipul mediu c ndash chiolbaş de tipul greu C2 ndash raza de curbură interioară a ochiului superior G1 ndash raza de curbură interioară a ochiului

56

inferior D2 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului superior cu umărul cacircrligului H1 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului inferior cu umărul elevatorului d d1 ndash diametrul barei L ndash lungimea de lucru (dintre

punctele de sprijin pe umărul cacircrligului şi pe umărul elevatorului)

Conform normelor prevazute pentru F200-2DH se aleg chiolbasi de tip greu serie Chiolbaşi 69 x 2100 x 320

Gama de sarcini Fch = 320 tf perDimensiuni principale- d1 = 85 mm- C2 = 108 mm

- G1 =70 mm- D2 = 34 mm - H1 = 345 mm- Lungimea totala Lch = 2100 mm- Masa netă informativă mch = 247 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (36)

GCh = 247 kg middot 981 ms2 = 243 kN

37Alegerea cablului de manevra

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

1 la manevră cablul de manevră sau de foraj

2 la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcărit

3 la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancoră

4 pentru rabaterea turlei cablul de praştie

5 la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electrici

Cablurile 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

57

1 de acelaşi diametru 5 la fire2 de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 371)

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

Fig 371 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

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

1 organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)

2 metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)

3 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 ]

58

Fig 372 Cablarea a ndash icircnfăşurarea spre dreapta b ndash icircnfăşurarea spre stacircngac ndash cablarea icircn cruce stacircnga (ZS) d ndash cablarea icircn cruce dreapta (SZ)e ndash cablarea paralelă dreapta (ZZ) f ndash cablarea paralelă stacircnga (SS)

Alegerea cablului se face pe baza sarcinii sale reale minime de rupere (Srm) astfel icircncacirct să fie satisfăcută condiţia de rezistenţă (vezi [1])

Srm gecM middot FM (37)

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

CM - coeficientul de siguranţă pentru operatiile de tubare si instrumentatie care se accepta egal cu

valoarea 2 conform API Spec9B iar FM ste forta maxima din RA a infasurarii cablului Ea se

determina cu expresia[1]

(372)

in care FM este forta totala care actioneaza asupra ramurilor din cablu z ndash nr de role de la macaraηMminusG - randamentul masinii macara-geamblac la ridicareRandamentul masinii macara-geamblac la ridicare se obtine cu relatia (cf[1])

ηMminusG=β2 ∙Zminus1

2 ∙ Z ∙ β2 ∙Z ∙ ( βminus1 ) (373)

unde β este inversul randamentului unei role

β= 1ηRo

(374)

pentru care se admite valoarea β =104 conform API iar ηRo =096 (API) randament role

59

FM=FM

2sdotzsdotηM minusG

Conform tipului de ansamblu MC ales z =5 Atunci rezultă

ηMminusG =

1 04225minus12sdot5sdot1 042sdot5 (1 04minus1 )

=0 811

Forţa F M se calculează cu expresia (conform [1])

FM =F M +GoTsdot(1+

ac(M )

g )

(375)

unde FM

este sarcina maxima utila la carlig GoT - greutatea moarta la tubare g- acceleratia

gravitationala g= 981 ms2 ac(M )

- acceleratia miscarii carligului are valori cuprinse in domeniul

[0515]∙ ms2

Greutatea moartă la tubare se determină ţinacircnd cont de greutatea elementelor ansamblului

MC a chiolbaşilor (Ch) a elevatorului cu pene (ElP) şi a ramurilor de cablu dintre macara şi

geamblac

GoT =

GMC+G ch+GEl P+GCM

(376)

Deoarece la acest moment nu se cunoaşte tipodimensiunea cablului şi ca urmare masa sa unitară se face aproximaţia

GoT iquestGMC+G ch+GEl P (377)

rezulta

GOT=8446 kN+243kN+20601 kN=1075 kN

Ştiind tipul IF se determină

FM

=200tf= 200∙981 =1962kNSe accepta

ac(M )=1 m s2

si se obtine

FM =1962 kN+107 5 kNsdot(1+ 19 81 )=2080 46 kN

60

Se calculeaza

F =

2080 46 kN2sdot5sdot0 811

=256 531 kN

Se determină sarcina reală minimă de rupere necesară a cablului cu formula

Srmnec gecM middot FM (378)

c M=2 ( conform API) si rezulta

Srmnec =2∙256531kN=513062kN

Se alege un cablu Seale cu o măsură a lui Srm astfel icircncacirct să fie icircndeplinită condiţia următoare

Sr mgtSr m nec

(379)

Ca urmare din [1] tabelul 52 se constată că se poate alege

Cablu Seale 6x19-32-1570 SZ STAS1689-80

caracterizat prin

nT=6 nr toroane

n f=19=1+9+9 nr fire din fiecare torondc=32 mm diametrul nominalRm=1570 MPa rezistenta minima de rupere a sarmelorSr m=531 32 kN sarcina reala minima de rupered0=3 mm diametrul sarmelor centraled1=1 45 mm diametrul sarmelor intermediared2=26 mm diametrul sarmelor exterioarem1 C=3 89 kg m masa unitara

Tipul cablării cruce dreapta (SZ) adică sensul de icircnfăşurare a firelor icircn toron este spre stanga(S) iar sensul de icircnfăşurare a toroanelor icircn cablu este spre dreapta (Z)Sr m=531 32gtSr nec=513 062 kN

Deci conditiaSr mgtSr nec este satisfacuta

Se reia calculul pentru verificare

61

Trebuie sa recalculam FM tinand cont si de greutatea cablului GCM

GCM =2sdotzsdotlr CM(M ) sdotqc (3710)

qc - greutatea unitara a cabluluiqc =m1 Csdotg (3711)

qc =3 89 kg msdot9 81 m s2=38 161 N mlr CM(M ) =(15 m+lp )+sminuslb (3712)

lr CM(M )

=(15 m+27 m)+65 mminus9 m=26 m

in care s=65m ndash spatiu de siguranta lb=9m lungimea unui burlanlp=27m lungimea pasului

GCM=2sdot5sdot26 msdot38 161 N m=9 922 kN

GoT=107 5 kN+9 922kN=117 422kN

Pentru IF F200-2DH vom avea

F =

2091 413 kN2sdot5sdot0 811

=257 88 kN

c M=Sr m

F c M=531 32kN

257 88 kN=2 06gtc=2

Tabelul 375 Parametrii caracteristici ai cablurilor Seale 6 x 19 conform STAS 1689-80

38 Alegerea troliului de foraj

62

FN=200sdot9 81kN+117 442kN (1+ 19 81

)=2091 413kN

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

Măsura lui FDM se apreciază icircn funcţie de măsura lui HM conform tabelului 1 aplicatia 9

FM D =1228 624 kNsdot(1minus1 25 t m3

7 85 t m3)+300 kN=1332 983

kN

Conform rezultatelor de mai sus se obtineFM

=max 1677 556 1332983 kN=1677 556 kN 9 81≃171 0047 tf

Ca urmare se poate alege o IF transportabilă pe cale terestră pe subansamble (SAn) din clasa F 200 (vezi [1])

Tipul acţionării se alege icircn funcţie de posibilitatea de alimentare cu energie electrică a IF icircn

zona de amplasare de instalaţiile aflate icircn dotarea firmei de foraj şi de costul comparativ al

combustibilului şi al energiei electrice din perioada cacircnd o să lucreze instalaţia icircn situaţia icircn care

firma dispune de instalaţii cu acţionări neautonome sau autonome

Se admite că situaţia din zona de amplasament a IF impune o acţionare de tipul DH Avacircnd

icircn vedere acest lucru rezultă că se poate alege o IF de tipul

F-200-2DH (T(SAn))

19 Concluzii

Pe baza datelor luate din materialul didactic si standardele nationale cat si internationale s-a

facut un calcul teoretic de alegere al instalatiei de foraj Luand in consideratie ca mediul real poate

aduce un aport negativ asupra calculelor teoretice in rezultatele prezentate mai sus s-au luat niste

coeficienti de siguranta care sa acopere riscurile posibile totodata s-a constatat ca desi pentru

Sonda 7 Pacurari este necesara o instalatie mai mica decat cea aleasa am fost nevoit sa aleg anume

F200-2DH deoarece conditiile tehnico-economice presupun utilizarea tipului utilajului folosit deja

in industria petroliera si standardizat conform normelor STAS si API

2 PARAMETRII ŞI CARACTERISTICILE MOTOARELOR GRUPURILOR DE ACŢIONARE ŞI CALCULUL PUTERII INSTALATE

21 Parametrii şi caracteristicile motoarelor grupurilor de acţionare

34

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

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 arborele 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 [1]

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 MBM 820 cu supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului DH de tipul GF-820+CHC-750-2 sunt

prezentate icircn fig 21 Se analizează dependenţele funcţionale reprezentate de aceste curbe (vezi

aplicatia 13)

35

Fig 2 1 Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului de acţionare de tipul DHformat din GF 820 şi CHC-750-2 pentru reglarea motorului diesel la sarcină plină

şi funcţionarea lui cu gradul maxim de accelerare (la care puterea maximă amotorului este puterea nominală Pn) şi funcţionarea lui cu gradul maxim deaccelerare MI MII ndash momentul dezvoltat la arborele primar (I) respectiv laarborele secundar (II) al CHC ωI ωII ndash viteza unghiulară PI PII ndash puterea

ηCHC ndash randamentul CHC

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (210)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (211)

Tabel 311 Parametrii functionali ai grupului de actionare GF-820 + CHC-750-2

36

Fig 211 Curba caracteristica exterioara a CHC este o caracteristica flexibila cresterea momentului rezistent este

preluata de CHC prin reducerea importanta a vitezei unghiulare a arborelui secundar

Din aceste grafice se deduce ca pentru ηm= 07 DEF al CHC-750-2 reprezentat prin ηCH ϵ

[0700 0847] nII ϵ [275 950] rotmin MII ϵ [14730 4000] kNm

Din datele obinute rezulta avantajele utilizarii CHC in cadrul GA de tipul DH

1 CHC lucreaza ca un variator continuu de viteza adica ωII se modifica automat si continuu odata cu variatia momentului rezistent aplicat arborelui secundar astfel se spune ca CHC isi regleaza regimul de functionare deci CHC permite o autoadaptare a GA la sarcina

2 Utilizarea CHC simplifica lantul cinematic al IF37

3 CHC protejeaza motorul Diesel impotriva suprasarcinilor si a socurilor transmise de la antorul sistemului de lucruinclusive in situatia blocarii secundarului

Fig 212 Curbele caracteristice pentru sarcina plina ale motorului MBM-820 si curba puterii in functie de sarcina plina a aceluiasi motor

22 Alegerea modului de acţionare

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

38

Instalaţiie 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[1]

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

39

Fig 221 Schema structural-functionala a unei instalatii de foraj cu mod de actionare centralizatin varianta MAC2 cu

actionare DH

S-a ales varianta MAC2 in care PN este actionata separat formand impreuna cu GA si transmisiile mecanice respective un grup motopompa (GMP) dupa cum TA este DH vezi 1[1])

23 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

1 pompe centrifuge pentru hidrocicloane2 site vibratoare 3 agitatoare4 pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de foraj5 pompe centrifuge pentru apa6 pompe centrifuge pentru chimicale7 pompe pentru reziduuri8 pompe pentru combustibil9 comanda hidraulica a prevenitoarelor10 instalaţie pentru uscarea aerului11 agregate pentru icircncălzire12 maşini-unelte13 agregat pentru sudura

40

14 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

Tabel 231 Consumatorii auxiliari de forta utilizati in cadrul IF de tipul F200-2DH si puterea lor

NrCrt

Denumirea consumatorilor Puterea motorului

kW

NrmotoarePuterea totala

kW

A Instalatia de foraj propriu-zisa

1 Site virbatoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 10 75

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa racire troliu 75 1 75

5 Pompa apa racire frina hidraulica 75 1 75

6 Pompe instalatie amestec chimicale 3 2 6

7 Pompe combustibil 3 2 6

8 Pompe ulei 15 1 15

9 Pompe de preparare a fluidului de foraj 75 2 150

10 Pompa baterie denisipare 55 1 55

11 Pompa baterie desmiluire 50 1 50

12 Instalatie degazeificare 5 1 5

13 Degazeificator 30 1 30

14 Instalatie de preparare centrifuga 20 3 60

15 Instalatie transport material pulverulent 4 1 4

16 Dispozitiv salvare garnitura 20 1 20

17 Dispozitiv strins-slabit 11 1 11

18 Dispozitiv manevra prajini grele 75 1 75

19 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

20 Pod tubaj reglabil 75 1 75

21 Instalatie comanda prevenitoare 11 1 11

41

22 Instalatie de uscare aer 15 1 15

23 Instalatie iluminat normal 18 1 18

24 Instalatie iluminat siguranta 08 1 08

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

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

PCsAF = 5928 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

24 Calculul puterii instalate

Puterea instalata a IF (Prsquo) reprezinta puterea motoarelor utilizate pentru actionarea

antoarelor principale a celor auxiliare si pentru actionarea celorlalte utilaje si instalatii folosite

pentru executarea diverselor operatii auxiliare

Prsquo = P + PCsAF (241)

P = n Pn (242)

Pn-Puterea nominala a motorului MB820 Pn= 655 kW

n-numarul de motoare folosite

P = (2+2) ∙ PnP = (2 + 2) 655kW = 2620 kW

Prsquo= 2620 kW + 5928 kW = 32128 kW

25 ConcluziiIn capitolul 2 s-au ales grupurile de actionare Alegerea s-a facut pe baza analizei

parametrilor motoarelor si caracteristicile acestora s-a evidentiat modul de utilizare al acestor

grupuri de actionare astfel incat sa fie satisfacute conditiile de tehnologicitate si economicitate

Acest lucru s-a facut pentru a obtine niste parametri de lucru cat se poate eficienti si economici

deoarece in cazul neindeplinirii uneia din conditii se pot intampla atat stagnari ale procesului

normal de foraj (uneori poate chiar si cu consecinte catastrofale) cat si pierderi financiare mari

42

3 ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ SI PREZENTAREA PARAMETRILOR SI CARACTERISTICILOR LOR

31Alegerea capului hidraulic

Fig31 Secţiune prin CH (reprezentare schematică (a) şi reprezentare constructivă (b))1 ndash corp (oală) 2 ndash bolţ 3 ndash toartă (biglu) 4 10 ndash rulment cu role cilindrice (de ghidare) 5 11 ndash garnituri de

etanşare 6 ndash rulment axial principal cu role conice 7 ndash fus 8 ndash reducţie 9 ndash rulment axial secundar cu bile 12 ndash felinar (capac) 13 ndash lulea 14 ndash piuliţă inferioară 15 ndash ţeavă de spălare 16 ndash cutie de etanşare 17 ndash etanşarea icircntre

partea superioară a ţevii de spălare şi lulea 18 ndash piuliţă superioară 19 ndash şuruburi de fixare

Capul hidraulic [1] (CH) este un utilaj care face parte din ansamblul de antrenare a GarF

El reprezinta nodul de legatura intre cele trei echipamente principale (EqPr) ale IF echipamentul

de circulatie (EqC) echipamentul de rotatie (EqR) si de manevra (EqM)

CH este suspendat in ciocul cirligului triplex cu ajutorul toartei sale La randul sau CH sustine

garnitura de foraj prin intermediul reductiei de legatura si al prajinii de antrenare De luleaua CH

se monteaza furtunul de noroi

43

Ca urmare functiunile CH sunt

1 Sustinerea GarF in timpul forajului

2 Permiterea rotatiei GarF

3 Conducerea fluidului de forajsub presiunede la FN la PA prin lulea teava de spalare

fus si RLCHin cazul circulatiei directe

Marimile fizice principale ale CH1 marimile functionale

- sarcina de lucru maxima

- turatia maxima a fusului

- presiunea maxima a fluidului de foraj

2 marimile dimensional-constructive

- diametrul interior al tevii de spalare

- tipo-dimensiulnile de legatura

3 marimile de anduranta

- sarcina limitacapacitatea in functie de rulmentul principal

- durabilitatea rulmentului principal

- durabilitatea etansarii tevii de spalare

Fig 31 Capul hidraulic (CH) montat icircn ciocul cacircrligului icircn timpul forajului

Alegerea capului hidraulic se face pe baza sarcinii maxime de lucru (FCH M

) si trebuie sa echipeze instalatia de foraj F200-2DH [1]

44

FCH M

geF M

(31)

FM =200 tf

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

(32)

Capetele hidraulice construite icircn Romacircnia sunt tipizate conform SR 5736 [66] care este

elaborat icircn concordanţă cu API Spec 8A [67] şi API Spec 8C [68]

Din tab 62 Cap 6 6 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH ndash 320 (ndash40degC) SR 5736

necesar instalaţiei de foraj alese F200

CHndash320 (ndash40degC) SR 5736 este un cap hidraulic echipat cu rulment axial-oscilant cu role

butoi cu sarcina maximă de lucru de 320tf care lucrează icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash

40degC

Conform SR 5736 acest tip de CH se caracterizează şi prin

Sarcina limită sau capacitatea maximă icircn funcţie de rulmentul principal FRLCH=147tf

pM = 35MPa nM = 300 rotmin di = 762 mm LP 4 (filetul de legătură al lulelei cu FF) 6⅝

REG LH (filetul de legătură cu RLCH)

32Alegerea ansamblului macara carlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 32 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]

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia [1]

FMC ge FCM (321)

Din tab32 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32-1250 MC -300 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii

45

Tabel 31 Caracteristicile Ansamblului Macara-Carlig

Tabelul 32 Tipurile de macarale-cacircrlig construite icircn Romacircnia şi caracteristicile lor (cf [69])

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (32)

GMC =8610t middot 981 ms2 = 84464 kN

46

UnMas F200Denumire 5-32MC-300

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300

Nr Roti manevra - 5

Diam cablului mm 32

Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140

Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in f-ie de rulmenti US tonf 347

Masa t 8610

Fig 32 Construcţia ansamblului-cacircrlig mono-bloc 1 ndash cacircrlig triplex 2 ndash bolţ 3 ndash pahar şi rulment axial 4 ndash tijă 5ndash piston 6 ndash arcuri de destindere 7 ndash piesă de legătură icircntre ansamblul cacircrligului şi macara 8 ndash axul macaralei 9 ndash role 10 ndash rulmenţii macaralei 11 ndash plăci laterale

33Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul de foraj reprezinta partea fixa a masinii macara-geamblac Se monteaza in

grupul mastului pe grinzi numite coroana geamblacului Este format dintr-un ax pe care se

monteaza un anumit numar de role (z+1) prin intermediul unor rulmenti Fiecare rola se misca

independent de celelalte (z-numarul de role de la macara) [1]

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

-geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţie romacircnească Avantajul acestui tip

constructiv este acela că este o construcţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

- 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

47

c geamblacul de foraj din două blocuri

- geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se pot roti şi interschimba asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

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

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

a geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

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

b geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

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 ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia [1]

Fig 331 Geamblac cu o roata separata

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 332

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

Alegerea geamblacului de foraj se face in functie de sarcina de lucru maxima de diametrul cablului utilizat de tipul cablului de manevra de tipul macaralei respectiv de tipul ansamblului macara-carlig

48

Pentru instalatia F200-2DH se alege unul din geamblacurile tipizate care sa indeplineasca cerintele impuse

Fig 33 2Geamblac monobloc 1 ndash suport (prin care GF se montează prin şuruburi de coroană ramă) 2ndash ax 3 ndash rolă roată 4 ndash rulment radial-axial cu role conice pe două racircnduri 5 ndash disc distanţier 6 ndash bucşă distanţieră 7 ndash ungător cu bilă (folosit pentru ungerea consistentă a rulmenţilor) (canalele de ungere sunt practicate icircn plan orizontal) 8 ndash placă de presare 9 ndash apărătoare

Pentru instalatia de foraj F 200 se va folosi un geamblac A 6 -32-1250GF-300 (-400C)(vezi [1] cap 54 tab56)adica geamblac de foraj cu 6 roţi role pe ax cu diametrul cablului de manevră de 32 mm

diametrul exterior al rolei de 1250 mm sarcina maximă de lucru 300tfşi temperatura de lucru de ndash

40degC Din tabelul 56 Cap 5 [1]se observă că acest tip de geamblac face parte din clasa

echipamentului (de manevră) 450

Tabel 33 Caracteristicile GeamblaculuiUnMas

Denumire 6-32GF-300Sarcina maxima la coroana geamblacului tf 400

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300Nr Roti manevra - 6

Diam cablului mm 32Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in functie de rulmenti US tonf 416Masa t 28

49

34Alegerea elevatorului 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

Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane de tubare (B-ElPCB) (bdquocasing slip

elevator-spiderrdquo icircn lb en) este o sculă de manevră care se foloseşte icircn timpul tubării puţurilor

atacirct pentru susţinerea coloanei de burlane (CB) ca broască cu pene aşezată pe masa rotativă

(MR) cacirct şi pentru săltarea din penele broaştei şi introducerea coloanei icircn puţ ca elevator (cu

pene) Deci aceste scule se folosesc icircn pereche icircn timpul tubării puţurilor una aşezată pe MR

susţine CB prin icircmpănare icircndeplinind funcţia de broască cu pene (vezi fig 341) iar cealaltă

care este susţinută icircn chiolbaşi avacircnd rolul de elevator (cu pene) se prinde tot prin icircmpănare pe

burlanul care s-a adăugat prin icircnşurubare la coloană saltă CB din broasca cu pene şi o susţine icircn

timpul introducerii ei icircn sondă (vezi fig 342)

Fig 342 Tragerea burlanului pe jilip cu ajutorul unui elevator de tras burlane pentru a fi icircnşurubat icircn

coloana susţinută icircn broasca cu pene

50

Fig 343 Varianta de elevator (cu pene) (cu inel ridicător) a broaştei-elevator cu pene cu două semicorpuri care este susţinută icircn ochiurile inferioare ale chiolbaşilor (11) icircn timpul introducerii coloanei de burlane (12) icircn puţul care se tubează 1 ndash corp carcasă 2 ndash umăr 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă de siguranţă 5 ndash corp de pană 6 ndash bacuri 7 ndash pacirclnie de ghidare 8 ndash cadru ridicător 9 ndash icircmpingătoare 10 ndash mecanism cu pacircrghii de ridicare

Din punct de vedere funcţional se deosebesc tipurile bull broască cu pene (BP) bull elevator cu pene (ElP)

Fig344 Broasca-elevator cu pene

51

In figura 344 este reprezentata Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane (broasca cu pene icircn partea de sus stanga elevatorul cu pene icircn partea dreapta şi vedere de sus a elevatorului cu pene icircn partea de jos) 1ndash corp 2ndash umăr braţ superior 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă (siguranţă pentru chiolbaşi) 5 ndash poartă uşă 6 ndash pene 7 ndash bacuri 8 ndash placă de sprijin (pe masa rotativă) 9 ndash guler de protecţie şi ghidare 10 ndash pacirclnie de ghidare HB ndash icircnălţimea broaştei cu pene HE ndash icircnălţimea elevatorului cu pene l ndash lăţimea broaştei-elevator

Alegerea elevatorului cu pene se face din conditiile urmatoare

FPgtFCBM

(341)

unde

FPleFBminusEl PCB

(342)

Studiind oferta companiei STEROM SA Cacircmpina conform ([1] cap 8 tab88) se alege un elevator cu pene de tipul

B-ElPCB 4frac12 ndash 13⅜ in x 350 ts (9⅝ x 275 ts x 8⅝) (ndash 45ordmC)

icircnseamnă broască-elevator destinată utilizării pentru burlane cu diametrul nominal cuprins

icircntre 4frac12 in şi 13⅜ in (inclusiv) cu sarcina nominală (sarcina maximă de lucru) de 350 ts (320tf)

echipată cu pene set de pene de 958 in cu sarcina nominală (maximă de lucru) de 275 ts (250 tf)

icircn care sunt montate bacuri de 858 in adică această broască-elevator este echipată pentru susţinerea

unei CB de 858 care determină icircn timpul manevrei ei o sarcină maximă la cacircrlig de cel mult 275ts

(250 tf) Ea este executată să lucreze icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash 45 ordmC

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

21t∙981ms2 =20601kN

35 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatorul pentru prăjini de foraj (ElPF) (bdquodrill pipe elevatorrdquo icircn lb en) este o sculă de

manevră care se foloseşte pentru susţinerea garniturii de foraj (GarF) icircn timpul extragerii şi

introducerii ei icircn sondă El prinde sub mufa PF şi este agăţat prin umerii săi icircn ochiurile

inferioare ale chiolbaşilor

ElPF se compune din

52

ndash două corpuri articulate care se icircnchid pe PF prevăzute cu cacircte un umăr cu care se suspendă icircn

ochiurile inferioare (mici) ale chiolbaşilor

ndash icircnchizatorul celor două corpuri

ndash eclise cu bolţuri prinse icircn umeri pentru asigurarea contra ieşirii chiolbaşilor

Elevatoarele se deosebesc prin forma lor modul de icircnchidere a celor două corpuri şi forma

suprafeţei de rezemare a prăjinilor

Din punctul de vedere al icircnchiderii se diferenţiază

ndash ElPF cu icircnchidere centrală (ElPFIcircC)

ndash ElPF cu icircnchidere laterală (ElPFIcircL)

După forma suprafeţei de sprijin al PF se disting

ndash ElPF cu scaun drept (ELPFSD) deci cu suprafaţă de rezemare dreaptă folosite pentru

manevrarea prăjinilor de foraj cu racorduri speciale sudate cu umăr drept (RSSUD) sau cu

racorduri icircnfiletate [1]

Fig 351 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun conic

ndash ElPF cu scaun conic (ElPFSC) care dispun de o suprafaţă de rezemare interioară tronconică cu unghiul de icircnchidere standardizat de 18deg ca şi mufele racordurilor speciale sudate cu umăr conic (RSSUC)

53

Fig 352 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun dreptElevatoarele sunt tipizate prescripţiile generale fiind prevăzute de API Spec 8A [85] şi

Spec 8C [86] Icircn fig 88 este reprezentat un ElPF cu scaun conic iar icircn fig 89 un ElPF cu scaun

drept

In figura 34 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic

Fig 34 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Alegerea elevatorului pentru prajini se face in functie de tipul prajinilor de foraj

1 Daca prajinile sunt cu recorduri speciale infiletate atunci cu scaun drept

2 Daca prajinile sunt cu racorduri speciale sudate atunci cu scaun conic

La alegerea elevatorului trebuie indeplinita conditia

FElgtFGar FMn

(sarcina normala utila de la carlig) (351)

icircn care FGar FM

este sarcina maximă care apare icircn timpul manevrării garniturii pacircnă la adacircncimea

maximă de foraj a puţului respectiv

54

Pentru că prăjinile de foraj sunt cu RSSUC si FGar FM

=122863kN conform tabelului 85

[1] cap 8 se alege un elevator cu scaun conic cu urmatoarea nominalizare

Elevator cu scaun conic 4frac12 x 1214 x 250 adica

elevator cu scaun conic cu dimensiunea nominală de 4frac12 ( pentru prăjini de foraj cu

RSSUC cu diametrul nominal de 4frac12 DPF = 4frac12) cu diametrul interior de 1214 mm (ceea ce

icircnseamnă că se utilizează pentru prăjini cu capetele fie cu II fie cu IEI (conform tabelului 85 cap

8) şi cu sarcina maximă de lucru de 250 tf cu masa mEl=1828kg conform NR 05-1018R STEROM

SA

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

ELpF= mEl middot g (253)

GEl = 1828 kg middot 981 ms2 = 18 kN

36Alegerea chiolbasilor

Chiolbaşii (Ch) (bdquothe drilling linksrdquo bdquoelevator linksrdquo icircn lb en) denumiţi şi bdquobraţele de

elevatorrdquo sunt scule de foraj care fac legătura icircntre cacircrlig şi elevator fiind utilizaţi icircn timpul

manevrei garniturii de foraj (GarF) şi coloanelor de burlane (CB)

Ei se agaţă cu ochiurile superioare de umerii cacircrligului şi susţin cu ochiurile lor inferioare

elevatorul prin umerii acestuia (vezi fig 361) Astfel sarcina datorată GarF sau CB este

preluată prin intermediul elevatorului de către Ch care o transmit cacircrligului [1]

55

Fig 361 Ansamblul format din macara-cacircrlig chiolbaşi şi elevator icircncare este susţinută garnitura de foraj icircn timpul manevrei acesteia

Din punct de vedere al sarcinii de lucru exista 3 tipuri de chiolbasi

1 Usor (sarcini mici)

2 Mediu (sarcini medii)

3 Greu (sarcini mari)

Tipul usor are forma de za alungita iar cel mediu si greu ndash de bara prevazuta la ambele capete cu

ochiuri

Chiolbasii se executa prin forjare in matrita dintr-o singura bucata de otel slab aliat de

constructii pentru a se asigura o rezistenta mare atat prin fibrajul obtinut prin procedeul tehnologic

respective cat si prin compozitie si prin TT folosit

Fig 362 Diferite tipuri de chiolbaşi

Alegerea chiolbasilor se face in functie de sarcina de lucru si de lungimea nominala

Fig 363 Tipurile de chiolbaşi şi dimensiunile lor principale a ndash chiolbaş de tipul uşor b ndash chiolbaş de tipul mediu c ndash chiolbaş de tipul greu C2 ndash raza de curbură interioară a ochiului superior G1 ndash raza de curbură interioară a ochiului

56

inferior D2 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului superior cu umărul cacircrligului H1 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului inferior cu umărul elevatorului d d1 ndash diametrul barei L ndash lungimea de lucru (dintre

punctele de sprijin pe umărul cacircrligului şi pe umărul elevatorului)

Conform normelor prevazute pentru F200-2DH se aleg chiolbasi de tip greu serie Chiolbaşi 69 x 2100 x 320

Gama de sarcini Fch = 320 tf perDimensiuni principale- d1 = 85 mm- C2 = 108 mm

- G1 =70 mm- D2 = 34 mm - H1 = 345 mm- Lungimea totala Lch = 2100 mm- Masa netă informativă mch = 247 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (36)

GCh = 247 kg middot 981 ms2 = 243 kN

37Alegerea cablului de manevra

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

1 la manevră cablul de manevră sau de foraj

2 la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcărit

3 la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancoră

4 pentru rabaterea turlei cablul de praştie

5 la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electrici

Cablurile 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

57

1 de acelaşi diametru 5 la fire2 de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 371)

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

Fig 371 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

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

1 organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)

2 metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)

3 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 ]

58

Fig 372 Cablarea a ndash icircnfăşurarea spre dreapta b ndash icircnfăşurarea spre stacircngac ndash cablarea icircn cruce stacircnga (ZS) d ndash cablarea icircn cruce dreapta (SZ)e ndash cablarea paralelă dreapta (ZZ) f ndash cablarea paralelă stacircnga (SS)

Alegerea cablului se face pe baza sarcinii sale reale minime de rupere (Srm) astfel icircncacirct să fie satisfăcută condiţia de rezistenţă (vezi [1])

Srm gecM middot FM (37)

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

CM - coeficientul de siguranţă pentru operatiile de tubare si instrumentatie care se accepta egal cu

valoarea 2 conform API Spec9B iar FM ste forta maxima din RA a infasurarii cablului Ea se

determina cu expresia[1]

(372)

in care FM este forta totala care actioneaza asupra ramurilor din cablu z ndash nr de role de la macaraηMminusG - randamentul masinii macara-geamblac la ridicareRandamentul masinii macara-geamblac la ridicare se obtine cu relatia (cf[1])

ηMminusG=β2 ∙Zminus1

2 ∙ Z ∙ β2 ∙Z ∙ ( βminus1 ) (373)

unde β este inversul randamentului unei role

β= 1ηRo

(374)

pentru care se admite valoarea β =104 conform API iar ηRo =096 (API) randament role

59

FM=FM

2sdotzsdotηM minusG

Conform tipului de ansamblu MC ales z =5 Atunci rezultă

ηMminusG =

1 04225minus12sdot5sdot1 042sdot5 (1 04minus1 )

=0 811

Forţa F M se calculează cu expresia (conform [1])

FM =F M +GoTsdot(1+

ac(M )

g )

(375)

unde FM

este sarcina maxima utila la carlig GoT - greutatea moarta la tubare g- acceleratia

gravitationala g= 981 ms2 ac(M )

- acceleratia miscarii carligului are valori cuprinse in domeniul

[0515]∙ ms2

Greutatea moartă la tubare se determină ţinacircnd cont de greutatea elementelor ansamblului

MC a chiolbaşilor (Ch) a elevatorului cu pene (ElP) şi a ramurilor de cablu dintre macara şi

geamblac

GoT =

GMC+G ch+GEl P+GCM

(376)

Deoarece la acest moment nu se cunoaşte tipodimensiunea cablului şi ca urmare masa sa unitară se face aproximaţia

GoT iquestGMC+G ch+GEl P (377)

rezulta

GOT=8446 kN+243kN+20601 kN=1075 kN

Ştiind tipul IF se determină

FM

=200tf= 200∙981 =1962kNSe accepta

ac(M )=1 m s2

si se obtine

FM =1962 kN+107 5 kNsdot(1+ 19 81 )=2080 46 kN

60

Se calculeaza

F =

2080 46 kN2sdot5sdot0 811

=256 531 kN

Se determină sarcina reală minimă de rupere necesară a cablului cu formula

Srmnec gecM middot FM (378)

c M=2 ( conform API) si rezulta

Srmnec =2∙256531kN=513062kN

Se alege un cablu Seale cu o măsură a lui Srm astfel icircncacirct să fie icircndeplinită condiţia următoare

Sr mgtSr m nec

(379)

Ca urmare din [1] tabelul 52 se constată că se poate alege

Cablu Seale 6x19-32-1570 SZ STAS1689-80

caracterizat prin

nT=6 nr toroane

n f=19=1+9+9 nr fire din fiecare torondc=32 mm diametrul nominalRm=1570 MPa rezistenta minima de rupere a sarmelorSr m=531 32 kN sarcina reala minima de rupered0=3 mm diametrul sarmelor centraled1=1 45 mm diametrul sarmelor intermediared2=26 mm diametrul sarmelor exterioarem1 C=3 89 kg m masa unitara

Tipul cablării cruce dreapta (SZ) adică sensul de icircnfăşurare a firelor icircn toron este spre stanga(S) iar sensul de icircnfăşurare a toroanelor icircn cablu este spre dreapta (Z)Sr m=531 32gtSr nec=513 062 kN

Deci conditiaSr mgtSr nec este satisfacuta

Se reia calculul pentru verificare

61

Trebuie sa recalculam FM tinand cont si de greutatea cablului GCM

GCM =2sdotzsdotlr CM(M ) sdotqc (3710)

qc - greutatea unitara a cabluluiqc =m1 Csdotg (3711)

qc =3 89 kg msdot9 81 m s2=38 161 N mlr CM(M ) =(15 m+lp )+sminuslb (3712)

lr CM(M )

=(15 m+27 m)+65 mminus9 m=26 m

in care s=65m ndash spatiu de siguranta lb=9m lungimea unui burlanlp=27m lungimea pasului

GCM=2sdot5sdot26 msdot38 161 N m=9 922 kN

GoT=107 5 kN+9 922kN=117 422kN

Pentru IF F200-2DH vom avea

F =

2091 413 kN2sdot5sdot0 811

=257 88 kN

c M=Sr m

F c M=531 32kN

257 88 kN=2 06gtc=2

Tabelul 375 Parametrii caracteristici ai cablurilor Seale 6 x 19 conform STAS 1689-80

38 Alegerea troliului de foraj

62

FN=200sdot9 81kN+117 442kN (1+ 19 81

)=2091 413kN

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

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

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 arborele 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 [1]

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 MBM 820 cu supraalimentare care are următoarele caracteristici principale

bull Puterea nominală Pn= 655 kW = 890 CP

bull Turaţia nominală nn = 1400 rotmin

bull Alezajul D = 175mm

bull Cursa S = 205 mm

GF 820675 kW la 1400 rotmin

Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului DH de tipul GF-820+CHC-750-2 sunt

prezentate icircn fig 21 Se analizează dependenţele funcţionale reprezentate de aceste curbe (vezi

aplicatia 13)

35

Fig 2 1 Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului de acţionare de tipul DHformat din GF 820 şi CHC-750-2 pentru reglarea motorului diesel la sarcină plină

şi funcţionarea lui cu gradul maxim de accelerare (la care puterea maximă amotorului este puterea nominală Pn) şi funcţionarea lui cu gradul maxim deaccelerare MI MII ndash momentul dezvoltat la arborele primar (I) respectiv laarborele secundar (II) al CHC ωI ωII ndash viteza unghiulară PI PII ndash puterea

ηCHC ndash randamentul CHC

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (210)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (211)

Tabel 311 Parametrii functionali ai grupului de actionare GF-820 + CHC-750-2

36

Fig 211 Curba caracteristica exterioara a CHC este o caracteristica flexibila cresterea momentului rezistent este

preluata de CHC prin reducerea importanta a vitezei unghiulare a arborelui secundar

Din aceste grafice se deduce ca pentru ηm= 07 DEF al CHC-750-2 reprezentat prin ηCH ϵ

[0700 0847] nII ϵ [275 950] rotmin MII ϵ [14730 4000] kNm

Din datele obinute rezulta avantajele utilizarii CHC in cadrul GA de tipul DH

1 CHC lucreaza ca un variator continuu de viteza adica ωII se modifica automat si continuu odata cu variatia momentului rezistent aplicat arborelui secundar astfel se spune ca CHC isi regleaza regimul de functionare deci CHC permite o autoadaptare a GA la sarcina

2 Utilizarea CHC simplifica lantul cinematic al IF37

3 CHC protejeaza motorul Diesel impotriva suprasarcinilor si a socurilor transmise de la antorul sistemului de lucruinclusive in situatia blocarii secundarului

Fig 212 Curbele caracteristice pentru sarcina plina ale motorului MBM-820 si curba puterii in functie de sarcina plina a aceluiasi motor

22 Alegerea modului de acţionare

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

38

Instalaţiie 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[1]

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

39

Fig 221 Schema structural-functionala a unei instalatii de foraj cu mod de actionare centralizatin varianta MAC2 cu

actionare DH

S-a ales varianta MAC2 in care PN este actionata separat formand impreuna cu GA si transmisiile mecanice respective un grup motopompa (GMP) dupa cum TA este DH vezi 1[1])

23 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

1 pompe centrifuge pentru hidrocicloane2 site vibratoare 3 agitatoare4 pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de foraj5 pompe centrifuge pentru apa6 pompe centrifuge pentru chimicale7 pompe pentru reziduuri8 pompe pentru combustibil9 comanda hidraulica a prevenitoarelor10 instalaţie pentru uscarea aerului11 agregate pentru icircncălzire12 maşini-unelte13 agregat pentru sudura

40

14 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

Tabel 231 Consumatorii auxiliari de forta utilizati in cadrul IF de tipul F200-2DH si puterea lor

NrCrt

Denumirea consumatorilor Puterea motorului

kW

NrmotoarePuterea totala

kW

A Instalatia de foraj propriu-zisa

1 Site virbatoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 10 75

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa racire troliu 75 1 75

5 Pompa apa racire frina hidraulica 75 1 75

6 Pompe instalatie amestec chimicale 3 2 6

7 Pompe combustibil 3 2 6

8 Pompe ulei 15 1 15

9 Pompe de preparare a fluidului de foraj 75 2 150

10 Pompa baterie denisipare 55 1 55

11 Pompa baterie desmiluire 50 1 50

12 Instalatie degazeificare 5 1 5

13 Degazeificator 30 1 30

14 Instalatie de preparare centrifuga 20 3 60

15 Instalatie transport material pulverulent 4 1 4

16 Dispozitiv salvare garnitura 20 1 20

17 Dispozitiv strins-slabit 11 1 11

18 Dispozitiv manevra prajini grele 75 1 75

19 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

20 Pod tubaj reglabil 75 1 75

21 Instalatie comanda prevenitoare 11 1 11

41

22 Instalatie de uscare aer 15 1 15

23 Instalatie iluminat normal 18 1 18

24 Instalatie iluminat siguranta 08 1 08

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

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

PCsAF = 5928 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

24 Calculul puterii instalate

Puterea instalata a IF (Prsquo) reprezinta puterea motoarelor utilizate pentru actionarea

antoarelor principale a celor auxiliare si pentru actionarea celorlalte utilaje si instalatii folosite

pentru executarea diverselor operatii auxiliare

Prsquo = P + PCsAF (241)

P = n Pn (242)

Pn-Puterea nominala a motorului MB820 Pn= 655 kW

n-numarul de motoare folosite

P = (2+2) ∙ PnP = (2 + 2) 655kW = 2620 kW

Prsquo= 2620 kW + 5928 kW = 32128 kW

25 ConcluziiIn capitolul 2 s-au ales grupurile de actionare Alegerea s-a facut pe baza analizei

parametrilor motoarelor si caracteristicile acestora s-a evidentiat modul de utilizare al acestor

grupuri de actionare astfel incat sa fie satisfacute conditiile de tehnologicitate si economicitate

Acest lucru s-a facut pentru a obtine niste parametri de lucru cat se poate eficienti si economici

deoarece in cazul neindeplinirii uneia din conditii se pot intampla atat stagnari ale procesului

normal de foraj (uneori poate chiar si cu consecinte catastrofale) cat si pierderi financiare mari

42

3 ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ SI PREZENTAREA PARAMETRILOR SI CARACTERISTICILOR LOR

31Alegerea capului hidraulic

Fig31 Secţiune prin CH (reprezentare schematică (a) şi reprezentare constructivă (b))1 ndash corp (oală) 2 ndash bolţ 3 ndash toartă (biglu) 4 10 ndash rulment cu role cilindrice (de ghidare) 5 11 ndash garnituri de

etanşare 6 ndash rulment axial principal cu role conice 7 ndash fus 8 ndash reducţie 9 ndash rulment axial secundar cu bile 12 ndash felinar (capac) 13 ndash lulea 14 ndash piuliţă inferioară 15 ndash ţeavă de spălare 16 ndash cutie de etanşare 17 ndash etanşarea icircntre

partea superioară a ţevii de spălare şi lulea 18 ndash piuliţă superioară 19 ndash şuruburi de fixare

Capul hidraulic [1] (CH) este un utilaj care face parte din ansamblul de antrenare a GarF

El reprezinta nodul de legatura intre cele trei echipamente principale (EqPr) ale IF echipamentul

de circulatie (EqC) echipamentul de rotatie (EqR) si de manevra (EqM)

CH este suspendat in ciocul cirligului triplex cu ajutorul toartei sale La randul sau CH sustine

garnitura de foraj prin intermediul reductiei de legatura si al prajinii de antrenare De luleaua CH

se monteaza furtunul de noroi

43

Ca urmare functiunile CH sunt

1 Sustinerea GarF in timpul forajului

2 Permiterea rotatiei GarF

3 Conducerea fluidului de forajsub presiunede la FN la PA prin lulea teava de spalare

fus si RLCHin cazul circulatiei directe

Marimile fizice principale ale CH1 marimile functionale

- sarcina de lucru maxima

- turatia maxima a fusului

- presiunea maxima a fluidului de foraj

2 marimile dimensional-constructive

- diametrul interior al tevii de spalare

- tipo-dimensiulnile de legatura

3 marimile de anduranta

- sarcina limitacapacitatea in functie de rulmentul principal

- durabilitatea rulmentului principal

- durabilitatea etansarii tevii de spalare

Fig 31 Capul hidraulic (CH) montat icircn ciocul cacircrligului icircn timpul forajului

Alegerea capului hidraulic se face pe baza sarcinii maxime de lucru (FCH M

) si trebuie sa echipeze instalatia de foraj F200-2DH [1]

44

FCH M

geF M

(31)

FM =200 tf

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

(32)

Capetele hidraulice construite icircn Romacircnia sunt tipizate conform SR 5736 [66] care este

elaborat icircn concordanţă cu API Spec 8A [67] şi API Spec 8C [68]

Din tab 62 Cap 6 6 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH ndash 320 (ndash40degC) SR 5736

necesar instalaţiei de foraj alese F200

CHndash320 (ndash40degC) SR 5736 este un cap hidraulic echipat cu rulment axial-oscilant cu role

butoi cu sarcina maximă de lucru de 320tf care lucrează icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash

40degC

Conform SR 5736 acest tip de CH se caracterizează şi prin

Sarcina limită sau capacitatea maximă icircn funcţie de rulmentul principal FRLCH=147tf

pM = 35MPa nM = 300 rotmin di = 762 mm LP 4 (filetul de legătură al lulelei cu FF) 6⅝

REG LH (filetul de legătură cu RLCH)

32Alegerea ansamblului macara carlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 32 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]

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia [1]

FMC ge FCM (321)

Din tab32 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32-1250 MC -300 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii

45

Tabel 31 Caracteristicile Ansamblului Macara-Carlig

Tabelul 32 Tipurile de macarale-cacircrlig construite icircn Romacircnia şi caracteristicile lor (cf [69])

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (32)

GMC =8610t middot 981 ms2 = 84464 kN

46

UnMas F200Denumire 5-32MC-300

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300

Nr Roti manevra - 5

Diam cablului mm 32

Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140

Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in f-ie de rulmenti US tonf 347

Masa t 8610

Fig 32 Construcţia ansamblului-cacircrlig mono-bloc 1 ndash cacircrlig triplex 2 ndash bolţ 3 ndash pahar şi rulment axial 4 ndash tijă 5ndash piston 6 ndash arcuri de destindere 7 ndash piesă de legătură icircntre ansamblul cacircrligului şi macara 8 ndash axul macaralei 9 ndash role 10 ndash rulmenţii macaralei 11 ndash plăci laterale

33Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul de foraj reprezinta partea fixa a masinii macara-geamblac Se monteaza in

grupul mastului pe grinzi numite coroana geamblacului Este format dintr-un ax pe care se

monteaza un anumit numar de role (z+1) prin intermediul unor rulmenti Fiecare rola se misca

independent de celelalte (z-numarul de role de la macara) [1]

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

-geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţie romacircnească Avantajul acestui tip

constructiv este acela că este o construcţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

- 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

47

c geamblacul de foraj din două blocuri

- geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se pot roti şi interschimba asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

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

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

a geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

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

b geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

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 ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia [1]

Fig 331 Geamblac cu o roata separata

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 332

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

Alegerea geamblacului de foraj se face in functie de sarcina de lucru maxima de diametrul cablului utilizat de tipul cablului de manevra de tipul macaralei respectiv de tipul ansamblului macara-carlig

48

Pentru instalatia F200-2DH se alege unul din geamblacurile tipizate care sa indeplineasca cerintele impuse

Fig 33 2Geamblac monobloc 1 ndash suport (prin care GF se montează prin şuruburi de coroană ramă) 2ndash ax 3 ndash rolă roată 4 ndash rulment radial-axial cu role conice pe două racircnduri 5 ndash disc distanţier 6 ndash bucşă distanţieră 7 ndash ungător cu bilă (folosit pentru ungerea consistentă a rulmenţilor) (canalele de ungere sunt practicate icircn plan orizontal) 8 ndash placă de presare 9 ndash apărătoare

Pentru instalatia de foraj F 200 se va folosi un geamblac A 6 -32-1250GF-300 (-400C)(vezi [1] cap 54 tab56)adica geamblac de foraj cu 6 roţi role pe ax cu diametrul cablului de manevră de 32 mm

diametrul exterior al rolei de 1250 mm sarcina maximă de lucru 300tfşi temperatura de lucru de ndash

40degC Din tabelul 56 Cap 5 [1]se observă că acest tip de geamblac face parte din clasa

echipamentului (de manevră) 450

Tabel 33 Caracteristicile GeamblaculuiUnMas

Denumire 6-32GF-300Sarcina maxima la coroana geamblacului tf 400

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300Nr Roti manevra - 6

Diam cablului mm 32Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in functie de rulmenti US tonf 416Masa t 28

49

34Alegerea elevatorului 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

Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane de tubare (B-ElPCB) (bdquocasing slip

elevator-spiderrdquo icircn lb en) este o sculă de manevră care se foloseşte icircn timpul tubării puţurilor

atacirct pentru susţinerea coloanei de burlane (CB) ca broască cu pene aşezată pe masa rotativă

(MR) cacirct şi pentru săltarea din penele broaştei şi introducerea coloanei icircn puţ ca elevator (cu

pene) Deci aceste scule se folosesc icircn pereche icircn timpul tubării puţurilor una aşezată pe MR

susţine CB prin icircmpănare icircndeplinind funcţia de broască cu pene (vezi fig 341) iar cealaltă

care este susţinută icircn chiolbaşi avacircnd rolul de elevator (cu pene) se prinde tot prin icircmpănare pe

burlanul care s-a adăugat prin icircnşurubare la coloană saltă CB din broasca cu pene şi o susţine icircn

timpul introducerii ei icircn sondă (vezi fig 342)

Fig 342 Tragerea burlanului pe jilip cu ajutorul unui elevator de tras burlane pentru a fi icircnşurubat icircn

coloana susţinută icircn broasca cu pene

50

Fig 343 Varianta de elevator (cu pene) (cu inel ridicător) a broaştei-elevator cu pene cu două semicorpuri care este susţinută icircn ochiurile inferioare ale chiolbaşilor (11) icircn timpul introducerii coloanei de burlane (12) icircn puţul care se tubează 1 ndash corp carcasă 2 ndash umăr 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă de siguranţă 5 ndash corp de pană 6 ndash bacuri 7 ndash pacirclnie de ghidare 8 ndash cadru ridicător 9 ndash icircmpingătoare 10 ndash mecanism cu pacircrghii de ridicare

Din punct de vedere funcţional se deosebesc tipurile bull broască cu pene (BP) bull elevator cu pene (ElP)

Fig344 Broasca-elevator cu pene

51

In figura 344 este reprezentata Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane (broasca cu pene icircn partea de sus stanga elevatorul cu pene icircn partea dreapta şi vedere de sus a elevatorului cu pene icircn partea de jos) 1ndash corp 2ndash umăr braţ superior 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă (siguranţă pentru chiolbaşi) 5 ndash poartă uşă 6 ndash pene 7 ndash bacuri 8 ndash placă de sprijin (pe masa rotativă) 9 ndash guler de protecţie şi ghidare 10 ndash pacirclnie de ghidare HB ndash icircnălţimea broaştei cu pene HE ndash icircnălţimea elevatorului cu pene l ndash lăţimea broaştei-elevator

Alegerea elevatorului cu pene se face din conditiile urmatoare

FPgtFCBM

(341)

unde

FPleFBminusEl PCB

(342)

Studiind oferta companiei STEROM SA Cacircmpina conform ([1] cap 8 tab88) se alege un elevator cu pene de tipul

B-ElPCB 4frac12 ndash 13⅜ in x 350 ts (9⅝ x 275 ts x 8⅝) (ndash 45ordmC)

icircnseamnă broască-elevator destinată utilizării pentru burlane cu diametrul nominal cuprins

icircntre 4frac12 in şi 13⅜ in (inclusiv) cu sarcina nominală (sarcina maximă de lucru) de 350 ts (320tf)

echipată cu pene set de pene de 958 in cu sarcina nominală (maximă de lucru) de 275 ts (250 tf)

icircn care sunt montate bacuri de 858 in adică această broască-elevator este echipată pentru susţinerea

unei CB de 858 care determină icircn timpul manevrei ei o sarcină maximă la cacircrlig de cel mult 275ts

(250 tf) Ea este executată să lucreze icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash 45 ordmC

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

21t∙981ms2 =20601kN

35 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatorul pentru prăjini de foraj (ElPF) (bdquodrill pipe elevatorrdquo icircn lb en) este o sculă de

manevră care se foloseşte pentru susţinerea garniturii de foraj (GarF) icircn timpul extragerii şi

introducerii ei icircn sondă El prinde sub mufa PF şi este agăţat prin umerii săi icircn ochiurile

inferioare ale chiolbaşilor

ElPF se compune din

52

ndash două corpuri articulate care se icircnchid pe PF prevăzute cu cacircte un umăr cu care se suspendă icircn

ochiurile inferioare (mici) ale chiolbaşilor

ndash icircnchizatorul celor două corpuri

ndash eclise cu bolţuri prinse icircn umeri pentru asigurarea contra ieşirii chiolbaşilor

Elevatoarele se deosebesc prin forma lor modul de icircnchidere a celor două corpuri şi forma

suprafeţei de rezemare a prăjinilor

Din punctul de vedere al icircnchiderii se diferenţiază

ndash ElPF cu icircnchidere centrală (ElPFIcircC)

ndash ElPF cu icircnchidere laterală (ElPFIcircL)

După forma suprafeţei de sprijin al PF se disting

ndash ElPF cu scaun drept (ELPFSD) deci cu suprafaţă de rezemare dreaptă folosite pentru

manevrarea prăjinilor de foraj cu racorduri speciale sudate cu umăr drept (RSSUD) sau cu

racorduri icircnfiletate [1]

Fig 351 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun conic

ndash ElPF cu scaun conic (ElPFSC) care dispun de o suprafaţă de rezemare interioară tronconică cu unghiul de icircnchidere standardizat de 18deg ca şi mufele racordurilor speciale sudate cu umăr conic (RSSUC)

53

Fig 352 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun dreptElevatoarele sunt tipizate prescripţiile generale fiind prevăzute de API Spec 8A [85] şi

Spec 8C [86] Icircn fig 88 este reprezentat un ElPF cu scaun conic iar icircn fig 89 un ElPF cu scaun

drept

In figura 34 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic

Fig 34 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Alegerea elevatorului pentru prajini se face in functie de tipul prajinilor de foraj

1 Daca prajinile sunt cu recorduri speciale infiletate atunci cu scaun drept

2 Daca prajinile sunt cu racorduri speciale sudate atunci cu scaun conic

La alegerea elevatorului trebuie indeplinita conditia

FElgtFGar FMn

(sarcina normala utila de la carlig) (351)

icircn care FGar FM

este sarcina maximă care apare icircn timpul manevrării garniturii pacircnă la adacircncimea

maximă de foraj a puţului respectiv

54

Pentru că prăjinile de foraj sunt cu RSSUC si FGar FM

=122863kN conform tabelului 85

[1] cap 8 se alege un elevator cu scaun conic cu urmatoarea nominalizare

Elevator cu scaun conic 4frac12 x 1214 x 250 adica

elevator cu scaun conic cu dimensiunea nominală de 4frac12 ( pentru prăjini de foraj cu

RSSUC cu diametrul nominal de 4frac12 DPF = 4frac12) cu diametrul interior de 1214 mm (ceea ce

icircnseamnă că se utilizează pentru prăjini cu capetele fie cu II fie cu IEI (conform tabelului 85 cap

8) şi cu sarcina maximă de lucru de 250 tf cu masa mEl=1828kg conform NR 05-1018R STEROM

SA

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

ELpF= mEl middot g (253)

GEl = 1828 kg middot 981 ms2 = 18 kN

36Alegerea chiolbasilor

Chiolbaşii (Ch) (bdquothe drilling linksrdquo bdquoelevator linksrdquo icircn lb en) denumiţi şi bdquobraţele de

elevatorrdquo sunt scule de foraj care fac legătura icircntre cacircrlig şi elevator fiind utilizaţi icircn timpul

manevrei garniturii de foraj (GarF) şi coloanelor de burlane (CB)

Ei se agaţă cu ochiurile superioare de umerii cacircrligului şi susţin cu ochiurile lor inferioare

elevatorul prin umerii acestuia (vezi fig 361) Astfel sarcina datorată GarF sau CB este

preluată prin intermediul elevatorului de către Ch care o transmit cacircrligului [1]

55

Fig 361 Ansamblul format din macara-cacircrlig chiolbaşi şi elevator icircncare este susţinută garnitura de foraj icircn timpul manevrei acesteia

Din punct de vedere al sarcinii de lucru exista 3 tipuri de chiolbasi

1 Usor (sarcini mici)

2 Mediu (sarcini medii)

3 Greu (sarcini mari)

Tipul usor are forma de za alungita iar cel mediu si greu ndash de bara prevazuta la ambele capete cu

ochiuri

Chiolbasii se executa prin forjare in matrita dintr-o singura bucata de otel slab aliat de

constructii pentru a se asigura o rezistenta mare atat prin fibrajul obtinut prin procedeul tehnologic

respective cat si prin compozitie si prin TT folosit

Fig 362 Diferite tipuri de chiolbaşi

Alegerea chiolbasilor se face in functie de sarcina de lucru si de lungimea nominala

Fig 363 Tipurile de chiolbaşi şi dimensiunile lor principale a ndash chiolbaş de tipul uşor b ndash chiolbaş de tipul mediu c ndash chiolbaş de tipul greu C2 ndash raza de curbură interioară a ochiului superior G1 ndash raza de curbură interioară a ochiului

56

inferior D2 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului superior cu umărul cacircrligului H1 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului inferior cu umărul elevatorului d d1 ndash diametrul barei L ndash lungimea de lucru (dintre

punctele de sprijin pe umărul cacircrligului şi pe umărul elevatorului)

Conform normelor prevazute pentru F200-2DH se aleg chiolbasi de tip greu serie Chiolbaşi 69 x 2100 x 320

Gama de sarcini Fch = 320 tf perDimensiuni principale- d1 = 85 mm- C2 = 108 mm

- G1 =70 mm- D2 = 34 mm - H1 = 345 mm- Lungimea totala Lch = 2100 mm- Masa netă informativă mch = 247 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (36)

GCh = 247 kg middot 981 ms2 = 243 kN

37Alegerea cablului de manevra

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

1 la manevră cablul de manevră sau de foraj

2 la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcărit

3 la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancoră

4 pentru rabaterea turlei cablul de praştie

5 la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electrici

Cablurile 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

57

1 de acelaşi diametru 5 la fire2 de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 371)

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

Fig 371 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

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

1 organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)

2 metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)

3 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 ]

58

Fig 372 Cablarea a ndash icircnfăşurarea spre dreapta b ndash icircnfăşurarea spre stacircngac ndash cablarea icircn cruce stacircnga (ZS) d ndash cablarea icircn cruce dreapta (SZ)e ndash cablarea paralelă dreapta (ZZ) f ndash cablarea paralelă stacircnga (SS)

Alegerea cablului se face pe baza sarcinii sale reale minime de rupere (Srm) astfel icircncacirct să fie satisfăcută condiţia de rezistenţă (vezi [1])

Srm gecM middot FM (37)

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

CM - coeficientul de siguranţă pentru operatiile de tubare si instrumentatie care se accepta egal cu

valoarea 2 conform API Spec9B iar FM ste forta maxima din RA a infasurarii cablului Ea se

determina cu expresia[1]

(372)

in care FM este forta totala care actioneaza asupra ramurilor din cablu z ndash nr de role de la macaraηMminusG - randamentul masinii macara-geamblac la ridicareRandamentul masinii macara-geamblac la ridicare se obtine cu relatia (cf[1])

ηMminusG=β2 ∙Zminus1

2 ∙ Z ∙ β2 ∙Z ∙ ( βminus1 ) (373)

unde β este inversul randamentului unei role

β= 1ηRo

(374)

pentru care se admite valoarea β =104 conform API iar ηRo =096 (API) randament role

59

FM=FM

2sdotzsdotηM minusG

Conform tipului de ansamblu MC ales z =5 Atunci rezultă

ηMminusG =

1 04225minus12sdot5sdot1 042sdot5 (1 04minus1 )

=0 811

Forţa F M se calculează cu expresia (conform [1])

FM =F M +GoTsdot(1+

ac(M )

g )

(375)

unde FM

este sarcina maxima utila la carlig GoT - greutatea moarta la tubare g- acceleratia

gravitationala g= 981 ms2 ac(M )

- acceleratia miscarii carligului are valori cuprinse in domeniul

[0515]∙ ms2

Greutatea moartă la tubare se determină ţinacircnd cont de greutatea elementelor ansamblului

MC a chiolbaşilor (Ch) a elevatorului cu pene (ElP) şi a ramurilor de cablu dintre macara şi

geamblac

GoT =

GMC+G ch+GEl P+GCM

(376)

Deoarece la acest moment nu se cunoaşte tipodimensiunea cablului şi ca urmare masa sa unitară se face aproximaţia

GoT iquestGMC+G ch+GEl P (377)

rezulta

GOT=8446 kN+243kN+20601 kN=1075 kN

Ştiind tipul IF se determină

FM

=200tf= 200∙981 =1962kNSe accepta

ac(M )=1 m s2

si se obtine

FM =1962 kN+107 5 kNsdot(1+ 19 81 )=2080 46 kN

60

Se calculeaza

F =

2080 46 kN2sdot5sdot0 811

=256 531 kN

Se determină sarcina reală minimă de rupere necesară a cablului cu formula

Srmnec gecM middot FM (378)

c M=2 ( conform API) si rezulta

Srmnec =2∙256531kN=513062kN

Se alege un cablu Seale cu o măsură a lui Srm astfel icircncacirct să fie icircndeplinită condiţia următoare

Sr mgtSr m nec

(379)

Ca urmare din [1] tabelul 52 se constată că se poate alege

Cablu Seale 6x19-32-1570 SZ STAS1689-80

caracterizat prin

nT=6 nr toroane

n f=19=1+9+9 nr fire din fiecare torondc=32 mm diametrul nominalRm=1570 MPa rezistenta minima de rupere a sarmelorSr m=531 32 kN sarcina reala minima de rupered0=3 mm diametrul sarmelor centraled1=1 45 mm diametrul sarmelor intermediared2=26 mm diametrul sarmelor exterioarem1 C=3 89 kg m masa unitara

Tipul cablării cruce dreapta (SZ) adică sensul de icircnfăşurare a firelor icircn toron este spre stanga(S) iar sensul de icircnfăşurare a toroanelor icircn cablu este spre dreapta (Z)Sr m=531 32gtSr nec=513 062 kN

Deci conditiaSr mgtSr nec este satisfacuta

Se reia calculul pentru verificare

61

Trebuie sa recalculam FM tinand cont si de greutatea cablului GCM

GCM =2sdotzsdotlr CM(M ) sdotqc (3710)

qc - greutatea unitara a cabluluiqc =m1 Csdotg (3711)

qc =3 89 kg msdot9 81 m s2=38 161 N mlr CM(M ) =(15 m+lp )+sminuslb (3712)

lr CM(M )

=(15 m+27 m)+65 mminus9 m=26 m

in care s=65m ndash spatiu de siguranta lb=9m lungimea unui burlanlp=27m lungimea pasului

GCM=2sdot5sdot26 msdot38 161 N m=9 922 kN

GoT=107 5 kN+9 922kN=117 422kN

Pentru IF F200-2DH vom avea

F =

2091 413 kN2sdot5sdot0 811

=257 88 kN

c M=Sr m

F c M=531 32kN

257 88 kN=2 06gtc=2

Tabelul 375 Parametrii caracteristici ai cablurilor Seale 6 x 19 conform STAS 1689-80

38 Alegerea troliului de foraj

62

FN=200sdot9 81kN+117 442kN (1+ 19 81

)=2091 413kN

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

Fig 2 1 Diagramele caracteristice funcţionale ale grupului de acţionare de tipul DHformat din GF 820 şi CHC-750-2 pentru reglarea motorului diesel la sarcină plină

şi funcţionarea lui cu gradul maxim de accelerare (la care puterea maximă amotorului este puterea nominală Pn) şi funcţionarea lui cu gradul maxim deaccelerare MI MII ndash momentul dezvoltat la arborele primar (I) respectiv laarborele secundar (II) al CHC ωI ωII ndash viteza unghiulară PI PII ndash puterea

ηCHC ndash randamentul CHC

Se calculează viteza unghiulară nominală a motorului ωn cu relaţia

ωn =

π30 middot nn (210)

ωn =

π30 middot 1400

rotmin = 1466

rads (211)

Tabel 311 Parametrii functionali ai grupului de actionare GF-820 + CHC-750-2

36

Fig 211 Curba caracteristica exterioara a CHC este o caracteristica flexibila cresterea momentului rezistent este

preluata de CHC prin reducerea importanta a vitezei unghiulare a arborelui secundar

Din aceste grafice se deduce ca pentru ηm= 07 DEF al CHC-750-2 reprezentat prin ηCH ϵ

[0700 0847] nII ϵ [275 950] rotmin MII ϵ [14730 4000] kNm

Din datele obinute rezulta avantajele utilizarii CHC in cadrul GA de tipul DH

1 CHC lucreaza ca un variator continuu de viteza adica ωII se modifica automat si continuu odata cu variatia momentului rezistent aplicat arborelui secundar astfel se spune ca CHC isi regleaza regimul de functionare deci CHC permite o autoadaptare a GA la sarcina

2 Utilizarea CHC simplifica lantul cinematic al IF37

3 CHC protejeaza motorul Diesel impotriva suprasarcinilor si a socurilor transmise de la antorul sistemului de lucruinclusive in situatia blocarii secundarului

Fig 212 Curbele caracteristice pentru sarcina plina ale motorului MBM-820 si curba puterii in functie de sarcina plina a aceluiasi motor

22 Alegerea modului de acţionare

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

38

Instalaţiie 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[1]

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

39

Fig 221 Schema structural-functionala a unei instalatii de foraj cu mod de actionare centralizatin varianta MAC2 cu

actionare DH

S-a ales varianta MAC2 in care PN este actionata separat formand impreuna cu GA si transmisiile mecanice respective un grup motopompa (GMP) dupa cum TA este DH vezi 1[1])

23 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

1 pompe centrifuge pentru hidrocicloane2 site vibratoare 3 agitatoare4 pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de foraj5 pompe centrifuge pentru apa6 pompe centrifuge pentru chimicale7 pompe pentru reziduuri8 pompe pentru combustibil9 comanda hidraulica a prevenitoarelor10 instalaţie pentru uscarea aerului11 agregate pentru icircncălzire12 maşini-unelte13 agregat pentru sudura

40

14 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

Tabel 231 Consumatorii auxiliari de forta utilizati in cadrul IF de tipul F200-2DH si puterea lor

NrCrt

Denumirea consumatorilor Puterea motorului

kW

NrmotoarePuterea totala

kW

A Instalatia de foraj propriu-zisa

1 Site virbatoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 10 75

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa racire troliu 75 1 75

5 Pompa apa racire frina hidraulica 75 1 75

6 Pompe instalatie amestec chimicale 3 2 6

7 Pompe combustibil 3 2 6

8 Pompe ulei 15 1 15

9 Pompe de preparare a fluidului de foraj 75 2 150

10 Pompa baterie denisipare 55 1 55

11 Pompa baterie desmiluire 50 1 50

12 Instalatie degazeificare 5 1 5

13 Degazeificator 30 1 30

14 Instalatie de preparare centrifuga 20 3 60

15 Instalatie transport material pulverulent 4 1 4

16 Dispozitiv salvare garnitura 20 1 20

17 Dispozitiv strins-slabit 11 1 11

18 Dispozitiv manevra prajini grele 75 1 75

19 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

20 Pod tubaj reglabil 75 1 75

21 Instalatie comanda prevenitoare 11 1 11

41

22 Instalatie de uscare aer 15 1 15

23 Instalatie iluminat normal 18 1 18

24 Instalatie iluminat siguranta 08 1 08

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

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

PCsAF = 5928 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

24 Calculul puterii instalate

Puterea instalata a IF (Prsquo) reprezinta puterea motoarelor utilizate pentru actionarea

antoarelor principale a celor auxiliare si pentru actionarea celorlalte utilaje si instalatii folosite

pentru executarea diverselor operatii auxiliare

Prsquo = P + PCsAF (241)

P = n Pn (242)

Pn-Puterea nominala a motorului MB820 Pn= 655 kW

n-numarul de motoare folosite

P = (2+2) ∙ PnP = (2 + 2) 655kW = 2620 kW

Prsquo= 2620 kW + 5928 kW = 32128 kW

25 ConcluziiIn capitolul 2 s-au ales grupurile de actionare Alegerea s-a facut pe baza analizei

parametrilor motoarelor si caracteristicile acestora s-a evidentiat modul de utilizare al acestor

grupuri de actionare astfel incat sa fie satisfacute conditiile de tehnologicitate si economicitate

Acest lucru s-a facut pentru a obtine niste parametri de lucru cat se poate eficienti si economici

deoarece in cazul neindeplinirii uneia din conditii se pot intampla atat stagnari ale procesului

normal de foraj (uneori poate chiar si cu consecinte catastrofale) cat si pierderi financiare mari

42

3 ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ SI PREZENTAREA PARAMETRILOR SI CARACTERISTICILOR LOR

31Alegerea capului hidraulic

Fig31 Secţiune prin CH (reprezentare schematică (a) şi reprezentare constructivă (b))1 ndash corp (oală) 2 ndash bolţ 3 ndash toartă (biglu) 4 10 ndash rulment cu role cilindrice (de ghidare) 5 11 ndash garnituri de

etanşare 6 ndash rulment axial principal cu role conice 7 ndash fus 8 ndash reducţie 9 ndash rulment axial secundar cu bile 12 ndash felinar (capac) 13 ndash lulea 14 ndash piuliţă inferioară 15 ndash ţeavă de spălare 16 ndash cutie de etanşare 17 ndash etanşarea icircntre

partea superioară a ţevii de spălare şi lulea 18 ndash piuliţă superioară 19 ndash şuruburi de fixare

Capul hidraulic [1] (CH) este un utilaj care face parte din ansamblul de antrenare a GarF

El reprezinta nodul de legatura intre cele trei echipamente principale (EqPr) ale IF echipamentul

de circulatie (EqC) echipamentul de rotatie (EqR) si de manevra (EqM)

CH este suspendat in ciocul cirligului triplex cu ajutorul toartei sale La randul sau CH sustine

garnitura de foraj prin intermediul reductiei de legatura si al prajinii de antrenare De luleaua CH

se monteaza furtunul de noroi

43

Ca urmare functiunile CH sunt

1 Sustinerea GarF in timpul forajului

2 Permiterea rotatiei GarF

3 Conducerea fluidului de forajsub presiunede la FN la PA prin lulea teava de spalare

fus si RLCHin cazul circulatiei directe

Marimile fizice principale ale CH1 marimile functionale

- sarcina de lucru maxima

- turatia maxima a fusului

- presiunea maxima a fluidului de foraj

2 marimile dimensional-constructive

- diametrul interior al tevii de spalare

- tipo-dimensiulnile de legatura

3 marimile de anduranta

- sarcina limitacapacitatea in functie de rulmentul principal

- durabilitatea rulmentului principal

- durabilitatea etansarii tevii de spalare

Fig 31 Capul hidraulic (CH) montat icircn ciocul cacircrligului icircn timpul forajului

Alegerea capului hidraulic se face pe baza sarcinii maxime de lucru (FCH M

) si trebuie sa echipeze instalatia de foraj F200-2DH [1]

44

FCH M

geF M

(31)

FM =200 tf

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

(32)

Capetele hidraulice construite icircn Romacircnia sunt tipizate conform SR 5736 [66] care este

elaborat icircn concordanţă cu API Spec 8A [67] şi API Spec 8C [68]

Din tab 62 Cap 6 6 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH ndash 320 (ndash40degC) SR 5736

necesar instalaţiei de foraj alese F200

CHndash320 (ndash40degC) SR 5736 este un cap hidraulic echipat cu rulment axial-oscilant cu role

butoi cu sarcina maximă de lucru de 320tf care lucrează icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash

40degC

Conform SR 5736 acest tip de CH se caracterizează şi prin

Sarcina limită sau capacitatea maximă icircn funcţie de rulmentul principal FRLCH=147tf

pM = 35MPa nM = 300 rotmin di = 762 mm LP 4 (filetul de legătură al lulelei cu FF) 6⅝

REG LH (filetul de legătură cu RLCH)

32Alegerea ansamblului macara carlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 32 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]

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia [1]

FMC ge FCM (321)

Din tab32 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32-1250 MC -300 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii

45

Tabel 31 Caracteristicile Ansamblului Macara-Carlig

Tabelul 32 Tipurile de macarale-cacircrlig construite icircn Romacircnia şi caracteristicile lor (cf [69])

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (32)

GMC =8610t middot 981 ms2 = 84464 kN

46

UnMas F200Denumire 5-32MC-300

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300

Nr Roti manevra - 5

Diam cablului mm 32

Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140

Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in f-ie de rulmenti US tonf 347

Masa t 8610

Fig 32 Construcţia ansamblului-cacircrlig mono-bloc 1 ndash cacircrlig triplex 2 ndash bolţ 3 ndash pahar şi rulment axial 4 ndash tijă 5ndash piston 6 ndash arcuri de destindere 7 ndash piesă de legătură icircntre ansamblul cacircrligului şi macara 8 ndash axul macaralei 9 ndash role 10 ndash rulmenţii macaralei 11 ndash plăci laterale

33Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul de foraj reprezinta partea fixa a masinii macara-geamblac Se monteaza in

grupul mastului pe grinzi numite coroana geamblacului Este format dintr-un ax pe care se

monteaza un anumit numar de role (z+1) prin intermediul unor rulmenti Fiecare rola se misca

independent de celelalte (z-numarul de role de la macara) [1]

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

-geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţie romacircnească Avantajul acestui tip

constructiv este acela că este o construcţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

- 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

47

c geamblacul de foraj din două blocuri

- geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se pot roti şi interschimba asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

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

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

a geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

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

b geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

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 ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia [1]

Fig 331 Geamblac cu o roata separata

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 332

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

Alegerea geamblacului de foraj se face in functie de sarcina de lucru maxima de diametrul cablului utilizat de tipul cablului de manevra de tipul macaralei respectiv de tipul ansamblului macara-carlig

48

Pentru instalatia F200-2DH se alege unul din geamblacurile tipizate care sa indeplineasca cerintele impuse

Fig 33 2Geamblac monobloc 1 ndash suport (prin care GF se montează prin şuruburi de coroană ramă) 2ndash ax 3 ndash rolă roată 4 ndash rulment radial-axial cu role conice pe două racircnduri 5 ndash disc distanţier 6 ndash bucşă distanţieră 7 ndash ungător cu bilă (folosit pentru ungerea consistentă a rulmenţilor) (canalele de ungere sunt practicate icircn plan orizontal) 8 ndash placă de presare 9 ndash apărătoare

Pentru instalatia de foraj F 200 se va folosi un geamblac A 6 -32-1250GF-300 (-400C)(vezi [1] cap 54 tab56)adica geamblac de foraj cu 6 roţi role pe ax cu diametrul cablului de manevră de 32 mm

diametrul exterior al rolei de 1250 mm sarcina maximă de lucru 300tfşi temperatura de lucru de ndash

40degC Din tabelul 56 Cap 5 [1]se observă că acest tip de geamblac face parte din clasa

echipamentului (de manevră) 450

Tabel 33 Caracteristicile GeamblaculuiUnMas

Denumire 6-32GF-300Sarcina maxima la coroana geamblacului tf 400

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300Nr Roti manevra - 6

Diam cablului mm 32Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in functie de rulmenti US tonf 416Masa t 28

49

34Alegerea elevatorului 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

Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane de tubare (B-ElPCB) (bdquocasing slip

elevator-spiderrdquo icircn lb en) este o sculă de manevră care se foloseşte icircn timpul tubării puţurilor

atacirct pentru susţinerea coloanei de burlane (CB) ca broască cu pene aşezată pe masa rotativă

(MR) cacirct şi pentru săltarea din penele broaştei şi introducerea coloanei icircn puţ ca elevator (cu

pene) Deci aceste scule se folosesc icircn pereche icircn timpul tubării puţurilor una aşezată pe MR

susţine CB prin icircmpănare icircndeplinind funcţia de broască cu pene (vezi fig 341) iar cealaltă

care este susţinută icircn chiolbaşi avacircnd rolul de elevator (cu pene) se prinde tot prin icircmpănare pe

burlanul care s-a adăugat prin icircnşurubare la coloană saltă CB din broasca cu pene şi o susţine icircn

timpul introducerii ei icircn sondă (vezi fig 342)

Fig 342 Tragerea burlanului pe jilip cu ajutorul unui elevator de tras burlane pentru a fi icircnşurubat icircn

coloana susţinută icircn broasca cu pene

50

Fig 343 Varianta de elevator (cu pene) (cu inel ridicător) a broaştei-elevator cu pene cu două semicorpuri care este susţinută icircn ochiurile inferioare ale chiolbaşilor (11) icircn timpul introducerii coloanei de burlane (12) icircn puţul care se tubează 1 ndash corp carcasă 2 ndash umăr 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă de siguranţă 5 ndash corp de pană 6 ndash bacuri 7 ndash pacirclnie de ghidare 8 ndash cadru ridicător 9 ndash icircmpingătoare 10 ndash mecanism cu pacircrghii de ridicare

Din punct de vedere funcţional se deosebesc tipurile bull broască cu pene (BP) bull elevator cu pene (ElP)

Fig344 Broasca-elevator cu pene

51

In figura 344 este reprezentata Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane (broasca cu pene icircn partea de sus stanga elevatorul cu pene icircn partea dreapta şi vedere de sus a elevatorului cu pene icircn partea de jos) 1ndash corp 2ndash umăr braţ superior 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă (siguranţă pentru chiolbaşi) 5 ndash poartă uşă 6 ndash pene 7 ndash bacuri 8 ndash placă de sprijin (pe masa rotativă) 9 ndash guler de protecţie şi ghidare 10 ndash pacirclnie de ghidare HB ndash icircnălţimea broaştei cu pene HE ndash icircnălţimea elevatorului cu pene l ndash lăţimea broaştei-elevator

Alegerea elevatorului cu pene se face din conditiile urmatoare

FPgtFCBM

(341)

unde

FPleFBminusEl PCB

(342)

Studiind oferta companiei STEROM SA Cacircmpina conform ([1] cap 8 tab88) se alege un elevator cu pene de tipul

B-ElPCB 4frac12 ndash 13⅜ in x 350 ts (9⅝ x 275 ts x 8⅝) (ndash 45ordmC)

icircnseamnă broască-elevator destinată utilizării pentru burlane cu diametrul nominal cuprins

icircntre 4frac12 in şi 13⅜ in (inclusiv) cu sarcina nominală (sarcina maximă de lucru) de 350 ts (320tf)

echipată cu pene set de pene de 958 in cu sarcina nominală (maximă de lucru) de 275 ts (250 tf)

icircn care sunt montate bacuri de 858 in adică această broască-elevator este echipată pentru susţinerea

unei CB de 858 care determină icircn timpul manevrei ei o sarcină maximă la cacircrlig de cel mult 275ts

(250 tf) Ea este executată să lucreze icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash 45 ordmC

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

21t∙981ms2 =20601kN

35 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatorul pentru prăjini de foraj (ElPF) (bdquodrill pipe elevatorrdquo icircn lb en) este o sculă de

manevră care se foloseşte pentru susţinerea garniturii de foraj (GarF) icircn timpul extragerii şi

introducerii ei icircn sondă El prinde sub mufa PF şi este agăţat prin umerii săi icircn ochiurile

inferioare ale chiolbaşilor

ElPF se compune din

52

ndash două corpuri articulate care se icircnchid pe PF prevăzute cu cacircte un umăr cu care se suspendă icircn

ochiurile inferioare (mici) ale chiolbaşilor

ndash icircnchizatorul celor două corpuri

ndash eclise cu bolţuri prinse icircn umeri pentru asigurarea contra ieşirii chiolbaşilor

Elevatoarele se deosebesc prin forma lor modul de icircnchidere a celor două corpuri şi forma

suprafeţei de rezemare a prăjinilor

Din punctul de vedere al icircnchiderii se diferenţiază

ndash ElPF cu icircnchidere centrală (ElPFIcircC)

ndash ElPF cu icircnchidere laterală (ElPFIcircL)

După forma suprafeţei de sprijin al PF se disting

ndash ElPF cu scaun drept (ELPFSD) deci cu suprafaţă de rezemare dreaptă folosite pentru

manevrarea prăjinilor de foraj cu racorduri speciale sudate cu umăr drept (RSSUD) sau cu

racorduri icircnfiletate [1]

Fig 351 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun conic

ndash ElPF cu scaun conic (ElPFSC) care dispun de o suprafaţă de rezemare interioară tronconică cu unghiul de icircnchidere standardizat de 18deg ca şi mufele racordurilor speciale sudate cu umăr conic (RSSUC)

53

Fig 352 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun dreptElevatoarele sunt tipizate prescripţiile generale fiind prevăzute de API Spec 8A [85] şi

Spec 8C [86] Icircn fig 88 este reprezentat un ElPF cu scaun conic iar icircn fig 89 un ElPF cu scaun

drept

In figura 34 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic

Fig 34 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Alegerea elevatorului pentru prajini se face in functie de tipul prajinilor de foraj

1 Daca prajinile sunt cu recorduri speciale infiletate atunci cu scaun drept

2 Daca prajinile sunt cu racorduri speciale sudate atunci cu scaun conic

La alegerea elevatorului trebuie indeplinita conditia

FElgtFGar FMn

(sarcina normala utila de la carlig) (351)

icircn care FGar FM

este sarcina maximă care apare icircn timpul manevrării garniturii pacircnă la adacircncimea

maximă de foraj a puţului respectiv

54

Pentru că prăjinile de foraj sunt cu RSSUC si FGar FM

=122863kN conform tabelului 85

[1] cap 8 se alege un elevator cu scaun conic cu urmatoarea nominalizare

Elevator cu scaun conic 4frac12 x 1214 x 250 adica

elevator cu scaun conic cu dimensiunea nominală de 4frac12 ( pentru prăjini de foraj cu

RSSUC cu diametrul nominal de 4frac12 DPF = 4frac12) cu diametrul interior de 1214 mm (ceea ce

icircnseamnă că se utilizează pentru prăjini cu capetele fie cu II fie cu IEI (conform tabelului 85 cap

8) şi cu sarcina maximă de lucru de 250 tf cu masa mEl=1828kg conform NR 05-1018R STEROM

SA

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

ELpF= mEl middot g (253)

GEl = 1828 kg middot 981 ms2 = 18 kN

36Alegerea chiolbasilor

Chiolbaşii (Ch) (bdquothe drilling linksrdquo bdquoelevator linksrdquo icircn lb en) denumiţi şi bdquobraţele de

elevatorrdquo sunt scule de foraj care fac legătura icircntre cacircrlig şi elevator fiind utilizaţi icircn timpul

manevrei garniturii de foraj (GarF) şi coloanelor de burlane (CB)

Ei se agaţă cu ochiurile superioare de umerii cacircrligului şi susţin cu ochiurile lor inferioare

elevatorul prin umerii acestuia (vezi fig 361) Astfel sarcina datorată GarF sau CB este

preluată prin intermediul elevatorului de către Ch care o transmit cacircrligului [1]

55

Fig 361 Ansamblul format din macara-cacircrlig chiolbaşi şi elevator icircncare este susţinută garnitura de foraj icircn timpul manevrei acesteia

Din punct de vedere al sarcinii de lucru exista 3 tipuri de chiolbasi

1 Usor (sarcini mici)

2 Mediu (sarcini medii)

3 Greu (sarcini mari)

Tipul usor are forma de za alungita iar cel mediu si greu ndash de bara prevazuta la ambele capete cu

ochiuri

Chiolbasii se executa prin forjare in matrita dintr-o singura bucata de otel slab aliat de

constructii pentru a se asigura o rezistenta mare atat prin fibrajul obtinut prin procedeul tehnologic

respective cat si prin compozitie si prin TT folosit

Fig 362 Diferite tipuri de chiolbaşi

Alegerea chiolbasilor se face in functie de sarcina de lucru si de lungimea nominala

Fig 363 Tipurile de chiolbaşi şi dimensiunile lor principale a ndash chiolbaş de tipul uşor b ndash chiolbaş de tipul mediu c ndash chiolbaş de tipul greu C2 ndash raza de curbură interioară a ochiului superior G1 ndash raza de curbură interioară a ochiului

56

inferior D2 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului superior cu umărul cacircrligului H1 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului inferior cu umărul elevatorului d d1 ndash diametrul barei L ndash lungimea de lucru (dintre

punctele de sprijin pe umărul cacircrligului şi pe umărul elevatorului)

Conform normelor prevazute pentru F200-2DH se aleg chiolbasi de tip greu serie Chiolbaşi 69 x 2100 x 320

Gama de sarcini Fch = 320 tf perDimensiuni principale- d1 = 85 mm- C2 = 108 mm

- G1 =70 mm- D2 = 34 mm - H1 = 345 mm- Lungimea totala Lch = 2100 mm- Masa netă informativă mch = 247 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (36)

GCh = 247 kg middot 981 ms2 = 243 kN

37Alegerea cablului de manevra

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

1 la manevră cablul de manevră sau de foraj

2 la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcărit

3 la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancoră

4 pentru rabaterea turlei cablul de praştie

5 la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electrici

Cablurile 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

57

1 de acelaşi diametru 5 la fire2 de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 371)

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

Fig 371 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

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

1 organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)

2 metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)

3 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 ]

58

Fig 372 Cablarea a ndash icircnfăşurarea spre dreapta b ndash icircnfăşurarea spre stacircngac ndash cablarea icircn cruce stacircnga (ZS) d ndash cablarea icircn cruce dreapta (SZ)e ndash cablarea paralelă dreapta (ZZ) f ndash cablarea paralelă stacircnga (SS)

Alegerea cablului se face pe baza sarcinii sale reale minime de rupere (Srm) astfel icircncacirct să fie satisfăcută condiţia de rezistenţă (vezi [1])

Srm gecM middot FM (37)

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

CM - coeficientul de siguranţă pentru operatiile de tubare si instrumentatie care se accepta egal cu

valoarea 2 conform API Spec9B iar FM ste forta maxima din RA a infasurarii cablului Ea se

determina cu expresia[1]

(372)

in care FM este forta totala care actioneaza asupra ramurilor din cablu z ndash nr de role de la macaraηMminusG - randamentul masinii macara-geamblac la ridicareRandamentul masinii macara-geamblac la ridicare se obtine cu relatia (cf[1])

ηMminusG=β2 ∙Zminus1

2 ∙ Z ∙ β2 ∙Z ∙ ( βminus1 ) (373)

unde β este inversul randamentului unei role

β= 1ηRo

(374)

pentru care se admite valoarea β =104 conform API iar ηRo =096 (API) randament role

59

FM=FM

2sdotzsdotηM minusG

Conform tipului de ansamblu MC ales z =5 Atunci rezultă

ηMminusG =

1 04225minus12sdot5sdot1 042sdot5 (1 04minus1 )

=0 811

Forţa F M se calculează cu expresia (conform [1])

FM =F M +GoTsdot(1+

ac(M )

g )

(375)

unde FM

este sarcina maxima utila la carlig GoT - greutatea moarta la tubare g- acceleratia

gravitationala g= 981 ms2 ac(M )

- acceleratia miscarii carligului are valori cuprinse in domeniul

[0515]∙ ms2

Greutatea moartă la tubare se determină ţinacircnd cont de greutatea elementelor ansamblului

MC a chiolbaşilor (Ch) a elevatorului cu pene (ElP) şi a ramurilor de cablu dintre macara şi

geamblac

GoT =

GMC+G ch+GEl P+GCM

(376)

Deoarece la acest moment nu se cunoaşte tipodimensiunea cablului şi ca urmare masa sa unitară se face aproximaţia

GoT iquestGMC+G ch+GEl P (377)

rezulta

GOT=8446 kN+243kN+20601 kN=1075 kN

Ştiind tipul IF se determină

FM

=200tf= 200∙981 =1962kNSe accepta

ac(M )=1 m s2

si se obtine

FM =1962 kN+107 5 kNsdot(1+ 19 81 )=2080 46 kN

60

Se calculeaza

F =

2080 46 kN2sdot5sdot0 811

=256 531 kN

Se determină sarcina reală minimă de rupere necesară a cablului cu formula

Srmnec gecM middot FM (378)

c M=2 ( conform API) si rezulta

Srmnec =2∙256531kN=513062kN

Se alege un cablu Seale cu o măsură a lui Srm astfel icircncacirct să fie icircndeplinită condiţia următoare

Sr mgtSr m nec

(379)

Ca urmare din [1] tabelul 52 se constată că se poate alege

Cablu Seale 6x19-32-1570 SZ STAS1689-80

caracterizat prin

nT=6 nr toroane

n f=19=1+9+9 nr fire din fiecare torondc=32 mm diametrul nominalRm=1570 MPa rezistenta minima de rupere a sarmelorSr m=531 32 kN sarcina reala minima de rupered0=3 mm diametrul sarmelor centraled1=1 45 mm diametrul sarmelor intermediared2=26 mm diametrul sarmelor exterioarem1 C=3 89 kg m masa unitara

Tipul cablării cruce dreapta (SZ) adică sensul de icircnfăşurare a firelor icircn toron este spre stanga(S) iar sensul de icircnfăşurare a toroanelor icircn cablu este spre dreapta (Z)Sr m=531 32gtSr nec=513 062 kN

Deci conditiaSr mgtSr nec este satisfacuta

Se reia calculul pentru verificare

61

Trebuie sa recalculam FM tinand cont si de greutatea cablului GCM

GCM =2sdotzsdotlr CM(M ) sdotqc (3710)

qc - greutatea unitara a cabluluiqc =m1 Csdotg (3711)

qc =3 89 kg msdot9 81 m s2=38 161 N mlr CM(M ) =(15 m+lp )+sminuslb (3712)

lr CM(M )

=(15 m+27 m)+65 mminus9 m=26 m

in care s=65m ndash spatiu de siguranta lb=9m lungimea unui burlanlp=27m lungimea pasului

GCM=2sdot5sdot26 msdot38 161 N m=9 922 kN

GoT=107 5 kN+9 922kN=117 422kN

Pentru IF F200-2DH vom avea

F =

2091 413 kN2sdot5sdot0 811

=257 88 kN

c M=Sr m

F c M=531 32kN

257 88 kN=2 06gtc=2

Tabelul 375 Parametrii caracteristici ai cablurilor Seale 6 x 19 conform STAS 1689-80

38 Alegerea troliului de foraj

62

FN=200sdot9 81kN+117 442kN (1+ 19 81

)=2091 413kN

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

Fig 211 Curba caracteristica exterioara a CHC este o caracteristica flexibila cresterea momentului rezistent este

preluata de CHC prin reducerea importanta a vitezei unghiulare a arborelui secundar

Din aceste grafice se deduce ca pentru ηm= 07 DEF al CHC-750-2 reprezentat prin ηCH ϵ

[0700 0847] nII ϵ [275 950] rotmin MII ϵ [14730 4000] kNm

Din datele obinute rezulta avantajele utilizarii CHC in cadrul GA de tipul DH

1 CHC lucreaza ca un variator continuu de viteza adica ωII se modifica automat si continuu odata cu variatia momentului rezistent aplicat arborelui secundar astfel se spune ca CHC isi regleaza regimul de functionare deci CHC permite o autoadaptare a GA la sarcina

2 Utilizarea CHC simplifica lantul cinematic al IF37

3 CHC protejeaza motorul Diesel impotriva suprasarcinilor si a socurilor transmise de la antorul sistemului de lucruinclusive in situatia blocarii secundarului

Fig 212 Curbele caracteristice pentru sarcina plina ale motorului MBM-820 si curba puterii in functie de sarcina plina a aceluiasi motor

22 Alegerea modului de acţionare

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

38

Instalaţiie 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[1]

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

39

Fig 221 Schema structural-functionala a unei instalatii de foraj cu mod de actionare centralizatin varianta MAC2 cu

actionare DH

S-a ales varianta MAC2 in care PN este actionata separat formand impreuna cu GA si transmisiile mecanice respective un grup motopompa (GMP) dupa cum TA este DH vezi 1[1])

23 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

1 pompe centrifuge pentru hidrocicloane2 site vibratoare 3 agitatoare4 pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de foraj5 pompe centrifuge pentru apa6 pompe centrifuge pentru chimicale7 pompe pentru reziduuri8 pompe pentru combustibil9 comanda hidraulica a prevenitoarelor10 instalaţie pentru uscarea aerului11 agregate pentru icircncălzire12 maşini-unelte13 agregat pentru sudura

40

14 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

Tabel 231 Consumatorii auxiliari de forta utilizati in cadrul IF de tipul F200-2DH si puterea lor

NrCrt

Denumirea consumatorilor Puterea motorului

kW

NrmotoarePuterea totala

kW

A Instalatia de foraj propriu-zisa

1 Site virbatoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 10 75

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa racire troliu 75 1 75

5 Pompa apa racire frina hidraulica 75 1 75

6 Pompe instalatie amestec chimicale 3 2 6

7 Pompe combustibil 3 2 6

8 Pompe ulei 15 1 15

9 Pompe de preparare a fluidului de foraj 75 2 150

10 Pompa baterie denisipare 55 1 55

11 Pompa baterie desmiluire 50 1 50

12 Instalatie degazeificare 5 1 5

13 Degazeificator 30 1 30

14 Instalatie de preparare centrifuga 20 3 60

15 Instalatie transport material pulverulent 4 1 4

16 Dispozitiv salvare garnitura 20 1 20

17 Dispozitiv strins-slabit 11 1 11

18 Dispozitiv manevra prajini grele 75 1 75

19 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

20 Pod tubaj reglabil 75 1 75

21 Instalatie comanda prevenitoare 11 1 11

41

22 Instalatie de uscare aer 15 1 15

23 Instalatie iluminat normal 18 1 18

24 Instalatie iluminat siguranta 08 1 08

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

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

PCsAF = 5928 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

24 Calculul puterii instalate

Puterea instalata a IF (Prsquo) reprezinta puterea motoarelor utilizate pentru actionarea

antoarelor principale a celor auxiliare si pentru actionarea celorlalte utilaje si instalatii folosite

pentru executarea diverselor operatii auxiliare

Prsquo = P + PCsAF (241)

P = n Pn (242)

Pn-Puterea nominala a motorului MB820 Pn= 655 kW

n-numarul de motoare folosite

P = (2+2) ∙ PnP = (2 + 2) 655kW = 2620 kW

Prsquo= 2620 kW + 5928 kW = 32128 kW

25 ConcluziiIn capitolul 2 s-au ales grupurile de actionare Alegerea s-a facut pe baza analizei

parametrilor motoarelor si caracteristicile acestora s-a evidentiat modul de utilizare al acestor

grupuri de actionare astfel incat sa fie satisfacute conditiile de tehnologicitate si economicitate

Acest lucru s-a facut pentru a obtine niste parametri de lucru cat se poate eficienti si economici

deoarece in cazul neindeplinirii uneia din conditii se pot intampla atat stagnari ale procesului

normal de foraj (uneori poate chiar si cu consecinte catastrofale) cat si pierderi financiare mari

42

3 ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ SI PREZENTAREA PARAMETRILOR SI CARACTERISTICILOR LOR

31Alegerea capului hidraulic

Fig31 Secţiune prin CH (reprezentare schematică (a) şi reprezentare constructivă (b))1 ndash corp (oală) 2 ndash bolţ 3 ndash toartă (biglu) 4 10 ndash rulment cu role cilindrice (de ghidare) 5 11 ndash garnituri de

etanşare 6 ndash rulment axial principal cu role conice 7 ndash fus 8 ndash reducţie 9 ndash rulment axial secundar cu bile 12 ndash felinar (capac) 13 ndash lulea 14 ndash piuliţă inferioară 15 ndash ţeavă de spălare 16 ndash cutie de etanşare 17 ndash etanşarea icircntre

partea superioară a ţevii de spălare şi lulea 18 ndash piuliţă superioară 19 ndash şuruburi de fixare

Capul hidraulic [1] (CH) este un utilaj care face parte din ansamblul de antrenare a GarF

El reprezinta nodul de legatura intre cele trei echipamente principale (EqPr) ale IF echipamentul

de circulatie (EqC) echipamentul de rotatie (EqR) si de manevra (EqM)

CH este suspendat in ciocul cirligului triplex cu ajutorul toartei sale La randul sau CH sustine

garnitura de foraj prin intermediul reductiei de legatura si al prajinii de antrenare De luleaua CH

se monteaza furtunul de noroi

43

Ca urmare functiunile CH sunt

1 Sustinerea GarF in timpul forajului

2 Permiterea rotatiei GarF

3 Conducerea fluidului de forajsub presiunede la FN la PA prin lulea teava de spalare

fus si RLCHin cazul circulatiei directe

Marimile fizice principale ale CH1 marimile functionale

- sarcina de lucru maxima

- turatia maxima a fusului

- presiunea maxima a fluidului de foraj

2 marimile dimensional-constructive

- diametrul interior al tevii de spalare

- tipo-dimensiulnile de legatura

3 marimile de anduranta

- sarcina limitacapacitatea in functie de rulmentul principal

- durabilitatea rulmentului principal

- durabilitatea etansarii tevii de spalare

Fig 31 Capul hidraulic (CH) montat icircn ciocul cacircrligului icircn timpul forajului

Alegerea capului hidraulic se face pe baza sarcinii maxime de lucru (FCH M

) si trebuie sa echipeze instalatia de foraj F200-2DH [1]

44

FCH M

geF M

(31)

FM =200 tf

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

(32)

Capetele hidraulice construite icircn Romacircnia sunt tipizate conform SR 5736 [66] care este

elaborat icircn concordanţă cu API Spec 8A [67] şi API Spec 8C [68]

Din tab 62 Cap 6 6 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH ndash 320 (ndash40degC) SR 5736

necesar instalaţiei de foraj alese F200

CHndash320 (ndash40degC) SR 5736 este un cap hidraulic echipat cu rulment axial-oscilant cu role

butoi cu sarcina maximă de lucru de 320tf care lucrează icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash

40degC

Conform SR 5736 acest tip de CH se caracterizează şi prin

Sarcina limită sau capacitatea maximă icircn funcţie de rulmentul principal FRLCH=147tf

pM = 35MPa nM = 300 rotmin di = 762 mm LP 4 (filetul de legătură al lulelei cu FF) 6⅝

REG LH (filetul de legătură cu RLCH)

32Alegerea ansamblului macara carlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 32 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]

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia [1]

FMC ge FCM (321)

Din tab32 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32-1250 MC -300 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii

45

Tabel 31 Caracteristicile Ansamblului Macara-Carlig

Tabelul 32 Tipurile de macarale-cacircrlig construite icircn Romacircnia şi caracteristicile lor (cf [69])

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (32)

GMC =8610t middot 981 ms2 = 84464 kN

46

UnMas F200Denumire 5-32MC-300

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300

Nr Roti manevra - 5

Diam cablului mm 32

Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140

Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in f-ie de rulmenti US tonf 347

Masa t 8610

Fig 32 Construcţia ansamblului-cacircrlig mono-bloc 1 ndash cacircrlig triplex 2 ndash bolţ 3 ndash pahar şi rulment axial 4 ndash tijă 5ndash piston 6 ndash arcuri de destindere 7 ndash piesă de legătură icircntre ansamblul cacircrligului şi macara 8 ndash axul macaralei 9 ndash role 10 ndash rulmenţii macaralei 11 ndash plăci laterale

33Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul de foraj reprezinta partea fixa a masinii macara-geamblac Se monteaza in

grupul mastului pe grinzi numite coroana geamblacului Este format dintr-un ax pe care se

monteaza un anumit numar de role (z+1) prin intermediul unor rulmenti Fiecare rola se misca

independent de celelalte (z-numarul de role de la macara) [1]

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

-geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţie romacircnească Avantajul acestui tip

constructiv este acela că este o construcţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

- 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

47

c geamblacul de foraj din două blocuri

- geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se pot roti şi interschimba asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

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

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

a geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

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

b geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

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 ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia [1]

Fig 331 Geamblac cu o roata separata

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 332

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

Alegerea geamblacului de foraj se face in functie de sarcina de lucru maxima de diametrul cablului utilizat de tipul cablului de manevra de tipul macaralei respectiv de tipul ansamblului macara-carlig

48

Pentru instalatia F200-2DH se alege unul din geamblacurile tipizate care sa indeplineasca cerintele impuse

Fig 33 2Geamblac monobloc 1 ndash suport (prin care GF se montează prin şuruburi de coroană ramă) 2ndash ax 3 ndash rolă roată 4 ndash rulment radial-axial cu role conice pe două racircnduri 5 ndash disc distanţier 6 ndash bucşă distanţieră 7 ndash ungător cu bilă (folosit pentru ungerea consistentă a rulmenţilor) (canalele de ungere sunt practicate icircn plan orizontal) 8 ndash placă de presare 9 ndash apărătoare

Pentru instalatia de foraj F 200 se va folosi un geamblac A 6 -32-1250GF-300 (-400C)(vezi [1] cap 54 tab56)adica geamblac de foraj cu 6 roţi role pe ax cu diametrul cablului de manevră de 32 mm

diametrul exterior al rolei de 1250 mm sarcina maximă de lucru 300tfşi temperatura de lucru de ndash

40degC Din tabelul 56 Cap 5 [1]se observă că acest tip de geamblac face parte din clasa

echipamentului (de manevră) 450

Tabel 33 Caracteristicile GeamblaculuiUnMas

Denumire 6-32GF-300Sarcina maxima la coroana geamblacului tf 400

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300Nr Roti manevra - 6

Diam cablului mm 32Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in functie de rulmenti US tonf 416Masa t 28

49

34Alegerea elevatorului 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

Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane de tubare (B-ElPCB) (bdquocasing slip

elevator-spiderrdquo icircn lb en) este o sculă de manevră care se foloseşte icircn timpul tubării puţurilor

atacirct pentru susţinerea coloanei de burlane (CB) ca broască cu pene aşezată pe masa rotativă

(MR) cacirct şi pentru săltarea din penele broaştei şi introducerea coloanei icircn puţ ca elevator (cu

pene) Deci aceste scule se folosesc icircn pereche icircn timpul tubării puţurilor una aşezată pe MR

susţine CB prin icircmpănare icircndeplinind funcţia de broască cu pene (vezi fig 341) iar cealaltă

care este susţinută icircn chiolbaşi avacircnd rolul de elevator (cu pene) se prinde tot prin icircmpănare pe

burlanul care s-a adăugat prin icircnşurubare la coloană saltă CB din broasca cu pene şi o susţine icircn

timpul introducerii ei icircn sondă (vezi fig 342)

Fig 342 Tragerea burlanului pe jilip cu ajutorul unui elevator de tras burlane pentru a fi icircnşurubat icircn

coloana susţinută icircn broasca cu pene

50

Fig 343 Varianta de elevator (cu pene) (cu inel ridicător) a broaştei-elevator cu pene cu două semicorpuri care este susţinută icircn ochiurile inferioare ale chiolbaşilor (11) icircn timpul introducerii coloanei de burlane (12) icircn puţul care se tubează 1 ndash corp carcasă 2 ndash umăr 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă de siguranţă 5 ndash corp de pană 6 ndash bacuri 7 ndash pacirclnie de ghidare 8 ndash cadru ridicător 9 ndash icircmpingătoare 10 ndash mecanism cu pacircrghii de ridicare

Din punct de vedere funcţional se deosebesc tipurile bull broască cu pene (BP) bull elevator cu pene (ElP)

Fig344 Broasca-elevator cu pene

51

In figura 344 este reprezentata Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane (broasca cu pene icircn partea de sus stanga elevatorul cu pene icircn partea dreapta şi vedere de sus a elevatorului cu pene icircn partea de jos) 1ndash corp 2ndash umăr braţ superior 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă (siguranţă pentru chiolbaşi) 5 ndash poartă uşă 6 ndash pene 7 ndash bacuri 8 ndash placă de sprijin (pe masa rotativă) 9 ndash guler de protecţie şi ghidare 10 ndash pacirclnie de ghidare HB ndash icircnălţimea broaştei cu pene HE ndash icircnălţimea elevatorului cu pene l ndash lăţimea broaştei-elevator

Alegerea elevatorului cu pene se face din conditiile urmatoare

FPgtFCBM

(341)

unde

FPleFBminusEl PCB

(342)

Studiind oferta companiei STEROM SA Cacircmpina conform ([1] cap 8 tab88) se alege un elevator cu pene de tipul

B-ElPCB 4frac12 ndash 13⅜ in x 350 ts (9⅝ x 275 ts x 8⅝) (ndash 45ordmC)

icircnseamnă broască-elevator destinată utilizării pentru burlane cu diametrul nominal cuprins

icircntre 4frac12 in şi 13⅜ in (inclusiv) cu sarcina nominală (sarcina maximă de lucru) de 350 ts (320tf)

echipată cu pene set de pene de 958 in cu sarcina nominală (maximă de lucru) de 275 ts (250 tf)

icircn care sunt montate bacuri de 858 in adică această broască-elevator este echipată pentru susţinerea

unei CB de 858 care determină icircn timpul manevrei ei o sarcină maximă la cacircrlig de cel mult 275ts

(250 tf) Ea este executată să lucreze icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash 45 ordmC

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

21t∙981ms2 =20601kN

35 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatorul pentru prăjini de foraj (ElPF) (bdquodrill pipe elevatorrdquo icircn lb en) este o sculă de

manevră care se foloseşte pentru susţinerea garniturii de foraj (GarF) icircn timpul extragerii şi

introducerii ei icircn sondă El prinde sub mufa PF şi este agăţat prin umerii săi icircn ochiurile

inferioare ale chiolbaşilor

ElPF se compune din

52

ndash două corpuri articulate care se icircnchid pe PF prevăzute cu cacircte un umăr cu care se suspendă icircn

ochiurile inferioare (mici) ale chiolbaşilor

ndash icircnchizatorul celor două corpuri

ndash eclise cu bolţuri prinse icircn umeri pentru asigurarea contra ieşirii chiolbaşilor

Elevatoarele se deosebesc prin forma lor modul de icircnchidere a celor două corpuri şi forma

suprafeţei de rezemare a prăjinilor

Din punctul de vedere al icircnchiderii se diferenţiază

ndash ElPF cu icircnchidere centrală (ElPFIcircC)

ndash ElPF cu icircnchidere laterală (ElPFIcircL)

După forma suprafeţei de sprijin al PF se disting

ndash ElPF cu scaun drept (ELPFSD) deci cu suprafaţă de rezemare dreaptă folosite pentru

manevrarea prăjinilor de foraj cu racorduri speciale sudate cu umăr drept (RSSUD) sau cu

racorduri icircnfiletate [1]

Fig 351 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun conic

ndash ElPF cu scaun conic (ElPFSC) care dispun de o suprafaţă de rezemare interioară tronconică cu unghiul de icircnchidere standardizat de 18deg ca şi mufele racordurilor speciale sudate cu umăr conic (RSSUC)

53

Fig 352 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun dreptElevatoarele sunt tipizate prescripţiile generale fiind prevăzute de API Spec 8A [85] şi

Spec 8C [86] Icircn fig 88 este reprezentat un ElPF cu scaun conic iar icircn fig 89 un ElPF cu scaun

drept

In figura 34 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic

Fig 34 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Alegerea elevatorului pentru prajini se face in functie de tipul prajinilor de foraj

1 Daca prajinile sunt cu recorduri speciale infiletate atunci cu scaun drept

2 Daca prajinile sunt cu racorduri speciale sudate atunci cu scaun conic

La alegerea elevatorului trebuie indeplinita conditia

FElgtFGar FMn

(sarcina normala utila de la carlig) (351)

icircn care FGar FM

este sarcina maximă care apare icircn timpul manevrării garniturii pacircnă la adacircncimea

maximă de foraj a puţului respectiv

54

Pentru că prăjinile de foraj sunt cu RSSUC si FGar FM

=122863kN conform tabelului 85

[1] cap 8 se alege un elevator cu scaun conic cu urmatoarea nominalizare

Elevator cu scaun conic 4frac12 x 1214 x 250 adica

elevator cu scaun conic cu dimensiunea nominală de 4frac12 ( pentru prăjini de foraj cu

RSSUC cu diametrul nominal de 4frac12 DPF = 4frac12) cu diametrul interior de 1214 mm (ceea ce

icircnseamnă că se utilizează pentru prăjini cu capetele fie cu II fie cu IEI (conform tabelului 85 cap

8) şi cu sarcina maximă de lucru de 250 tf cu masa mEl=1828kg conform NR 05-1018R STEROM

SA

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

ELpF= mEl middot g (253)

GEl = 1828 kg middot 981 ms2 = 18 kN

36Alegerea chiolbasilor

Chiolbaşii (Ch) (bdquothe drilling linksrdquo bdquoelevator linksrdquo icircn lb en) denumiţi şi bdquobraţele de

elevatorrdquo sunt scule de foraj care fac legătura icircntre cacircrlig şi elevator fiind utilizaţi icircn timpul

manevrei garniturii de foraj (GarF) şi coloanelor de burlane (CB)

Ei se agaţă cu ochiurile superioare de umerii cacircrligului şi susţin cu ochiurile lor inferioare

elevatorul prin umerii acestuia (vezi fig 361) Astfel sarcina datorată GarF sau CB este

preluată prin intermediul elevatorului de către Ch care o transmit cacircrligului [1]

55

Fig 361 Ansamblul format din macara-cacircrlig chiolbaşi şi elevator icircncare este susţinută garnitura de foraj icircn timpul manevrei acesteia

Din punct de vedere al sarcinii de lucru exista 3 tipuri de chiolbasi

1 Usor (sarcini mici)

2 Mediu (sarcini medii)

3 Greu (sarcini mari)

Tipul usor are forma de za alungita iar cel mediu si greu ndash de bara prevazuta la ambele capete cu

ochiuri

Chiolbasii se executa prin forjare in matrita dintr-o singura bucata de otel slab aliat de

constructii pentru a se asigura o rezistenta mare atat prin fibrajul obtinut prin procedeul tehnologic

respective cat si prin compozitie si prin TT folosit

Fig 362 Diferite tipuri de chiolbaşi

Alegerea chiolbasilor se face in functie de sarcina de lucru si de lungimea nominala

Fig 363 Tipurile de chiolbaşi şi dimensiunile lor principale a ndash chiolbaş de tipul uşor b ndash chiolbaş de tipul mediu c ndash chiolbaş de tipul greu C2 ndash raza de curbură interioară a ochiului superior G1 ndash raza de curbură interioară a ochiului

56

inferior D2 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului superior cu umărul cacircrligului H1 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului inferior cu umărul elevatorului d d1 ndash diametrul barei L ndash lungimea de lucru (dintre

punctele de sprijin pe umărul cacircrligului şi pe umărul elevatorului)

Conform normelor prevazute pentru F200-2DH se aleg chiolbasi de tip greu serie Chiolbaşi 69 x 2100 x 320

Gama de sarcini Fch = 320 tf perDimensiuni principale- d1 = 85 mm- C2 = 108 mm

- G1 =70 mm- D2 = 34 mm - H1 = 345 mm- Lungimea totala Lch = 2100 mm- Masa netă informativă mch = 247 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (36)

GCh = 247 kg middot 981 ms2 = 243 kN

37Alegerea cablului de manevra

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

1 la manevră cablul de manevră sau de foraj

2 la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcărit

3 la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancoră

4 pentru rabaterea turlei cablul de praştie

5 la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electrici

Cablurile 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

57

1 de acelaşi diametru 5 la fire2 de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 371)

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

Fig 371 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

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

1 organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)

2 metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)

3 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 ]

58

Fig 372 Cablarea a ndash icircnfăşurarea spre dreapta b ndash icircnfăşurarea spre stacircngac ndash cablarea icircn cruce stacircnga (ZS) d ndash cablarea icircn cruce dreapta (SZ)e ndash cablarea paralelă dreapta (ZZ) f ndash cablarea paralelă stacircnga (SS)

Alegerea cablului se face pe baza sarcinii sale reale minime de rupere (Srm) astfel icircncacirct să fie satisfăcută condiţia de rezistenţă (vezi [1])

Srm gecM middot FM (37)

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

CM - coeficientul de siguranţă pentru operatiile de tubare si instrumentatie care se accepta egal cu

valoarea 2 conform API Spec9B iar FM ste forta maxima din RA a infasurarii cablului Ea se

determina cu expresia[1]

(372)

in care FM este forta totala care actioneaza asupra ramurilor din cablu z ndash nr de role de la macaraηMminusG - randamentul masinii macara-geamblac la ridicareRandamentul masinii macara-geamblac la ridicare se obtine cu relatia (cf[1])

ηMminusG=β2 ∙Zminus1

2 ∙ Z ∙ β2 ∙Z ∙ ( βminus1 ) (373)

unde β este inversul randamentului unei role

β= 1ηRo

(374)

pentru care se admite valoarea β =104 conform API iar ηRo =096 (API) randament role

59

FM=FM

2sdotzsdotηM minusG

Conform tipului de ansamblu MC ales z =5 Atunci rezultă

ηMminusG =

1 04225minus12sdot5sdot1 042sdot5 (1 04minus1 )

=0 811

Forţa F M se calculează cu expresia (conform [1])

FM =F M +GoTsdot(1+

ac(M )

g )

(375)

unde FM

este sarcina maxima utila la carlig GoT - greutatea moarta la tubare g- acceleratia

gravitationala g= 981 ms2 ac(M )

- acceleratia miscarii carligului are valori cuprinse in domeniul

[0515]∙ ms2

Greutatea moartă la tubare se determină ţinacircnd cont de greutatea elementelor ansamblului

MC a chiolbaşilor (Ch) a elevatorului cu pene (ElP) şi a ramurilor de cablu dintre macara şi

geamblac

GoT =

GMC+G ch+GEl P+GCM

(376)

Deoarece la acest moment nu se cunoaşte tipodimensiunea cablului şi ca urmare masa sa unitară se face aproximaţia

GoT iquestGMC+G ch+GEl P (377)

rezulta

GOT=8446 kN+243kN+20601 kN=1075 kN

Ştiind tipul IF se determină

FM

=200tf= 200∙981 =1962kNSe accepta

ac(M )=1 m s2

si se obtine

FM =1962 kN+107 5 kNsdot(1+ 19 81 )=2080 46 kN

60

Se calculeaza

F =

2080 46 kN2sdot5sdot0 811

=256 531 kN

Se determină sarcina reală minimă de rupere necesară a cablului cu formula

Srmnec gecM middot FM (378)

c M=2 ( conform API) si rezulta

Srmnec =2∙256531kN=513062kN

Se alege un cablu Seale cu o măsură a lui Srm astfel icircncacirct să fie icircndeplinită condiţia următoare

Sr mgtSr m nec

(379)

Ca urmare din [1] tabelul 52 se constată că se poate alege

Cablu Seale 6x19-32-1570 SZ STAS1689-80

caracterizat prin

nT=6 nr toroane

n f=19=1+9+9 nr fire din fiecare torondc=32 mm diametrul nominalRm=1570 MPa rezistenta minima de rupere a sarmelorSr m=531 32 kN sarcina reala minima de rupered0=3 mm diametrul sarmelor centraled1=1 45 mm diametrul sarmelor intermediared2=26 mm diametrul sarmelor exterioarem1 C=3 89 kg m masa unitara

Tipul cablării cruce dreapta (SZ) adică sensul de icircnfăşurare a firelor icircn toron este spre stanga(S) iar sensul de icircnfăşurare a toroanelor icircn cablu este spre dreapta (Z)Sr m=531 32gtSr nec=513 062 kN

Deci conditiaSr mgtSr nec este satisfacuta

Se reia calculul pentru verificare

61

Trebuie sa recalculam FM tinand cont si de greutatea cablului GCM

GCM =2sdotzsdotlr CM(M ) sdotqc (3710)

qc - greutatea unitara a cabluluiqc =m1 Csdotg (3711)

qc =3 89 kg msdot9 81 m s2=38 161 N mlr CM(M ) =(15 m+lp )+sminuslb (3712)

lr CM(M )

=(15 m+27 m)+65 mminus9 m=26 m

in care s=65m ndash spatiu de siguranta lb=9m lungimea unui burlanlp=27m lungimea pasului

GCM=2sdot5sdot26 msdot38 161 N m=9 922 kN

GoT=107 5 kN+9 922kN=117 422kN

Pentru IF F200-2DH vom avea

F =

2091 413 kN2sdot5sdot0 811

=257 88 kN

c M=Sr m

F c M=531 32kN

257 88 kN=2 06gtc=2

Tabelul 375 Parametrii caracteristici ai cablurilor Seale 6 x 19 conform STAS 1689-80

38 Alegerea troliului de foraj

62

FN=200sdot9 81kN+117 442kN (1+ 19 81

)=2091 413kN

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

3 CHC protejeaza motorul Diesel impotriva suprasarcinilor si a socurilor transmise de la antorul sistemului de lucruinclusive in situatia blocarii secundarului

Fig 212 Curbele caracteristice pentru sarcina plina ale motorului MBM-820 si curba puterii in functie de sarcina plina a aceluiasi motor

22 Alegerea modului de acţionare

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

38

Instalaţiie 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[1]

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

39

Fig 221 Schema structural-functionala a unei instalatii de foraj cu mod de actionare centralizatin varianta MAC2 cu

actionare DH

S-a ales varianta MAC2 in care PN este actionata separat formand impreuna cu GA si transmisiile mecanice respective un grup motopompa (GMP) dupa cum TA este DH vezi 1[1])

23 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

1 pompe centrifuge pentru hidrocicloane2 site vibratoare 3 agitatoare4 pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de foraj5 pompe centrifuge pentru apa6 pompe centrifuge pentru chimicale7 pompe pentru reziduuri8 pompe pentru combustibil9 comanda hidraulica a prevenitoarelor10 instalaţie pentru uscarea aerului11 agregate pentru icircncălzire12 maşini-unelte13 agregat pentru sudura

40

14 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

Tabel 231 Consumatorii auxiliari de forta utilizati in cadrul IF de tipul F200-2DH si puterea lor

NrCrt

Denumirea consumatorilor Puterea motorului

kW

NrmotoarePuterea totala

kW

A Instalatia de foraj propriu-zisa

1 Site virbatoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 10 75

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa racire troliu 75 1 75

5 Pompa apa racire frina hidraulica 75 1 75

6 Pompe instalatie amestec chimicale 3 2 6

7 Pompe combustibil 3 2 6

8 Pompe ulei 15 1 15

9 Pompe de preparare a fluidului de foraj 75 2 150

10 Pompa baterie denisipare 55 1 55

11 Pompa baterie desmiluire 50 1 50

12 Instalatie degazeificare 5 1 5

13 Degazeificator 30 1 30

14 Instalatie de preparare centrifuga 20 3 60

15 Instalatie transport material pulverulent 4 1 4

16 Dispozitiv salvare garnitura 20 1 20

17 Dispozitiv strins-slabit 11 1 11

18 Dispozitiv manevra prajini grele 75 1 75

19 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

20 Pod tubaj reglabil 75 1 75

21 Instalatie comanda prevenitoare 11 1 11

41

22 Instalatie de uscare aer 15 1 15

23 Instalatie iluminat normal 18 1 18

24 Instalatie iluminat siguranta 08 1 08

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

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

PCsAF = 5928 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

24 Calculul puterii instalate

Puterea instalata a IF (Prsquo) reprezinta puterea motoarelor utilizate pentru actionarea

antoarelor principale a celor auxiliare si pentru actionarea celorlalte utilaje si instalatii folosite

pentru executarea diverselor operatii auxiliare

Prsquo = P + PCsAF (241)

P = n Pn (242)

Pn-Puterea nominala a motorului MB820 Pn= 655 kW

n-numarul de motoare folosite

P = (2+2) ∙ PnP = (2 + 2) 655kW = 2620 kW

Prsquo= 2620 kW + 5928 kW = 32128 kW

25 ConcluziiIn capitolul 2 s-au ales grupurile de actionare Alegerea s-a facut pe baza analizei

parametrilor motoarelor si caracteristicile acestora s-a evidentiat modul de utilizare al acestor

grupuri de actionare astfel incat sa fie satisfacute conditiile de tehnologicitate si economicitate

Acest lucru s-a facut pentru a obtine niste parametri de lucru cat se poate eficienti si economici

deoarece in cazul neindeplinirii uneia din conditii se pot intampla atat stagnari ale procesului

normal de foraj (uneori poate chiar si cu consecinte catastrofale) cat si pierderi financiare mari

42

3 ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ SI PREZENTAREA PARAMETRILOR SI CARACTERISTICILOR LOR

31Alegerea capului hidraulic

Fig31 Secţiune prin CH (reprezentare schematică (a) şi reprezentare constructivă (b))1 ndash corp (oală) 2 ndash bolţ 3 ndash toartă (biglu) 4 10 ndash rulment cu role cilindrice (de ghidare) 5 11 ndash garnituri de

etanşare 6 ndash rulment axial principal cu role conice 7 ndash fus 8 ndash reducţie 9 ndash rulment axial secundar cu bile 12 ndash felinar (capac) 13 ndash lulea 14 ndash piuliţă inferioară 15 ndash ţeavă de spălare 16 ndash cutie de etanşare 17 ndash etanşarea icircntre

partea superioară a ţevii de spălare şi lulea 18 ndash piuliţă superioară 19 ndash şuruburi de fixare

Capul hidraulic [1] (CH) este un utilaj care face parte din ansamblul de antrenare a GarF

El reprezinta nodul de legatura intre cele trei echipamente principale (EqPr) ale IF echipamentul

de circulatie (EqC) echipamentul de rotatie (EqR) si de manevra (EqM)

CH este suspendat in ciocul cirligului triplex cu ajutorul toartei sale La randul sau CH sustine

garnitura de foraj prin intermediul reductiei de legatura si al prajinii de antrenare De luleaua CH

se monteaza furtunul de noroi

43

Ca urmare functiunile CH sunt

1 Sustinerea GarF in timpul forajului

2 Permiterea rotatiei GarF

3 Conducerea fluidului de forajsub presiunede la FN la PA prin lulea teava de spalare

fus si RLCHin cazul circulatiei directe

Marimile fizice principale ale CH1 marimile functionale

- sarcina de lucru maxima

- turatia maxima a fusului

- presiunea maxima a fluidului de foraj

2 marimile dimensional-constructive

- diametrul interior al tevii de spalare

- tipo-dimensiulnile de legatura

3 marimile de anduranta

- sarcina limitacapacitatea in functie de rulmentul principal

- durabilitatea rulmentului principal

- durabilitatea etansarii tevii de spalare

Fig 31 Capul hidraulic (CH) montat icircn ciocul cacircrligului icircn timpul forajului

Alegerea capului hidraulic se face pe baza sarcinii maxime de lucru (FCH M

) si trebuie sa echipeze instalatia de foraj F200-2DH [1]

44

FCH M

geF M

(31)

FM =200 tf

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

(32)

Capetele hidraulice construite icircn Romacircnia sunt tipizate conform SR 5736 [66] care este

elaborat icircn concordanţă cu API Spec 8A [67] şi API Spec 8C [68]

Din tab 62 Cap 6 6 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH ndash 320 (ndash40degC) SR 5736

necesar instalaţiei de foraj alese F200

CHndash320 (ndash40degC) SR 5736 este un cap hidraulic echipat cu rulment axial-oscilant cu role

butoi cu sarcina maximă de lucru de 320tf care lucrează icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash

40degC

Conform SR 5736 acest tip de CH se caracterizează şi prin

Sarcina limită sau capacitatea maximă icircn funcţie de rulmentul principal FRLCH=147tf

pM = 35MPa nM = 300 rotmin di = 762 mm LP 4 (filetul de legătură al lulelei cu FF) 6⅝

REG LH (filetul de legătură cu RLCH)

32Alegerea ansamblului macara carlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 32 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]

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia [1]

FMC ge FCM (321)

Din tab32 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32-1250 MC -300 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii

45

Tabel 31 Caracteristicile Ansamblului Macara-Carlig

Tabelul 32 Tipurile de macarale-cacircrlig construite icircn Romacircnia şi caracteristicile lor (cf [69])

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (32)

GMC =8610t middot 981 ms2 = 84464 kN

46

UnMas F200Denumire 5-32MC-300

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300

Nr Roti manevra - 5

Diam cablului mm 32

Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140

Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in f-ie de rulmenti US tonf 347

Masa t 8610

Fig 32 Construcţia ansamblului-cacircrlig mono-bloc 1 ndash cacircrlig triplex 2 ndash bolţ 3 ndash pahar şi rulment axial 4 ndash tijă 5ndash piston 6 ndash arcuri de destindere 7 ndash piesă de legătură icircntre ansamblul cacircrligului şi macara 8 ndash axul macaralei 9 ndash role 10 ndash rulmenţii macaralei 11 ndash plăci laterale

33Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul de foraj reprezinta partea fixa a masinii macara-geamblac Se monteaza in

grupul mastului pe grinzi numite coroana geamblacului Este format dintr-un ax pe care se

monteaza un anumit numar de role (z+1) prin intermediul unor rulmenti Fiecare rola se misca

independent de celelalte (z-numarul de role de la macara) [1]

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

-geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţie romacircnească Avantajul acestui tip

constructiv este acela că este o construcţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

- 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

47

c geamblacul de foraj din două blocuri

- geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se pot roti şi interschimba asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

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

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

a geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

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

b geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

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 ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia [1]

Fig 331 Geamblac cu o roata separata

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 332

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

Alegerea geamblacului de foraj se face in functie de sarcina de lucru maxima de diametrul cablului utilizat de tipul cablului de manevra de tipul macaralei respectiv de tipul ansamblului macara-carlig

48

Pentru instalatia F200-2DH se alege unul din geamblacurile tipizate care sa indeplineasca cerintele impuse

Fig 33 2Geamblac monobloc 1 ndash suport (prin care GF se montează prin şuruburi de coroană ramă) 2ndash ax 3 ndash rolă roată 4 ndash rulment radial-axial cu role conice pe două racircnduri 5 ndash disc distanţier 6 ndash bucşă distanţieră 7 ndash ungător cu bilă (folosit pentru ungerea consistentă a rulmenţilor) (canalele de ungere sunt practicate icircn plan orizontal) 8 ndash placă de presare 9 ndash apărătoare

Pentru instalatia de foraj F 200 se va folosi un geamblac A 6 -32-1250GF-300 (-400C)(vezi [1] cap 54 tab56)adica geamblac de foraj cu 6 roţi role pe ax cu diametrul cablului de manevră de 32 mm

diametrul exterior al rolei de 1250 mm sarcina maximă de lucru 300tfşi temperatura de lucru de ndash

40degC Din tabelul 56 Cap 5 [1]se observă că acest tip de geamblac face parte din clasa

echipamentului (de manevră) 450

Tabel 33 Caracteristicile GeamblaculuiUnMas

Denumire 6-32GF-300Sarcina maxima la coroana geamblacului tf 400

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300Nr Roti manevra - 6

Diam cablului mm 32Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in functie de rulmenti US tonf 416Masa t 28

49

34Alegerea elevatorului 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

Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane de tubare (B-ElPCB) (bdquocasing slip

elevator-spiderrdquo icircn lb en) este o sculă de manevră care se foloseşte icircn timpul tubării puţurilor

atacirct pentru susţinerea coloanei de burlane (CB) ca broască cu pene aşezată pe masa rotativă

(MR) cacirct şi pentru săltarea din penele broaştei şi introducerea coloanei icircn puţ ca elevator (cu

pene) Deci aceste scule se folosesc icircn pereche icircn timpul tubării puţurilor una aşezată pe MR

susţine CB prin icircmpănare icircndeplinind funcţia de broască cu pene (vezi fig 341) iar cealaltă

care este susţinută icircn chiolbaşi avacircnd rolul de elevator (cu pene) se prinde tot prin icircmpănare pe

burlanul care s-a adăugat prin icircnşurubare la coloană saltă CB din broasca cu pene şi o susţine icircn

timpul introducerii ei icircn sondă (vezi fig 342)

Fig 342 Tragerea burlanului pe jilip cu ajutorul unui elevator de tras burlane pentru a fi icircnşurubat icircn

coloana susţinută icircn broasca cu pene

50

Fig 343 Varianta de elevator (cu pene) (cu inel ridicător) a broaştei-elevator cu pene cu două semicorpuri care este susţinută icircn ochiurile inferioare ale chiolbaşilor (11) icircn timpul introducerii coloanei de burlane (12) icircn puţul care se tubează 1 ndash corp carcasă 2 ndash umăr 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă de siguranţă 5 ndash corp de pană 6 ndash bacuri 7 ndash pacirclnie de ghidare 8 ndash cadru ridicător 9 ndash icircmpingătoare 10 ndash mecanism cu pacircrghii de ridicare

Din punct de vedere funcţional se deosebesc tipurile bull broască cu pene (BP) bull elevator cu pene (ElP)

Fig344 Broasca-elevator cu pene

51

In figura 344 este reprezentata Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane (broasca cu pene icircn partea de sus stanga elevatorul cu pene icircn partea dreapta şi vedere de sus a elevatorului cu pene icircn partea de jos) 1ndash corp 2ndash umăr braţ superior 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă (siguranţă pentru chiolbaşi) 5 ndash poartă uşă 6 ndash pene 7 ndash bacuri 8 ndash placă de sprijin (pe masa rotativă) 9 ndash guler de protecţie şi ghidare 10 ndash pacirclnie de ghidare HB ndash icircnălţimea broaştei cu pene HE ndash icircnălţimea elevatorului cu pene l ndash lăţimea broaştei-elevator

Alegerea elevatorului cu pene se face din conditiile urmatoare

FPgtFCBM

(341)

unde

FPleFBminusEl PCB

(342)

Studiind oferta companiei STEROM SA Cacircmpina conform ([1] cap 8 tab88) se alege un elevator cu pene de tipul

B-ElPCB 4frac12 ndash 13⅜ in x 350 ts (9⅝ x 275 ts x 8⅝) (ndash 45ordmC)

icircnseamnă broască-elevator destinată utilizării pentru burlane cu diametrul nominal cuprins

icircntre 4frac12 in şi 13⅜ in (inclusiv) cu sarcina nominală (sarcina maximă de lucru) de 350 ts (320tf)

echipată cu pene set de pene de 958 in cu sarcina nominală (maximă de lucru) de 275 ts (250 tf)

icircn care sunt montate bacuri de 858 in adică această broască-elevator este echipată pentru susţinerea

unei CB de 858 care determină icircn timpul manevrei ei o sarcină maximă la cacircrlig de cel mult 275ts

(250 tf) Ea este executată să lucreze icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash 45 ordmC

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

21t∙981ms2 =20601kN

35 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatorul pentru prăjini de foraj (ElPF) (bdquodrill pipe elevatorrdquo icircn lb en) este o sculă de

manevră care se foloseşte pentru susţinerea garniturii de foraj (GarF) icircn timpul extragerii şi

introducerii ei icircn sondă El prinde sub mufa PF şi este agăţat prin umerii săi icircn ochiurile

inferioare ale chiolbaşilor

ElPF se compune din

52

ndash două corpuri articulate care se icircnchid pe PF prevăzute cu cacircte un umăr cu care se suspendă icircn

ochiurile inferioare (mici) ale chiolbaşilor

ndash icircnchizatorul celor două corpuri

ndash eclise cu bolţuri prinse icircn umeri pentru asigurarea contra ieşirii chiolbaşilor

Elevatoarele se deosebesc prin forma lor modul de icircnchidere a celor două corpuri şi forma

suprafeţei de rezemare a prăjinilor

Din punctul de vedere al icircnchiderii se diferenţiază

ndash ElPF cu icircnchidere centrală (ElPFIcircC)

ndash ElPF cu icircnchidere laterală (ElPFIcircL)

După forma suprafeţei de sprijin al PF se disting

ndash ElPF cu scaun drept (ELPFSD) deci cu suprafaţă de rezemare dreaptă folosite pentru

manevrarea prăjinilor de foraj cu racorduri speciale sudate cu umăr drept (RSSUD) sau cu

racorduri icircnfiletate [1]

Fig 351 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun conic

ndash ElPF cu scaun conic (ElPFSC) care dispun de o suprafaţă de rezemare interioară tronconică cu unghiul de icircnchidere standardizat de 18deg ca şi mufele racordurilor speciale sudate cu umăr conic (RSSUC)

53

Fig 352 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun dreptElevatoarele sunt tipizate prescripţiile generale fiind prevăzute de API Spec 8A [85] şi

Spec 8C [86] Icircn fig 88 este reprezentat un ElPF cu scaun conic iar icircn fig 89 un ElPF cu scaun

drept

In figura 34 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic

Fig 34 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Alegerea elevatorului pentru prajini se face in functie de tipul prajinilor de foraj

1 Daca prajinile sunt cu recorduri speciale infiletate atunci cu scaun drept

2 Daca prajinile sunt cu racorduri speciale sudate atunci cu scaun conic

La alegerea elevatorului trebuie indeplinita conditia

FElgtFGar FMn

(sarcina normala utila de la carlig) (351)

icircn care FGar FM

este sarcina maximă care apare icircn timpul manevrării garniturii pacircnă la adacircncimea

maximă de foraj a puţului respectiv

54

Pentru că prăjinile de foraj sunt cu RSSUC si FGar FM

=122863kN conform tabelului 85

[1] cap 8 se alege un elevator cu scaun conic cu urmatoarea nominalizare

Elevator cu scaun conic 4frac12 x 1214 x 250 adica

elevator cu scaun conic cu dimensiunea nominală de 4frac12 ( pentru prăjini de foraj cu

RSSUC cu diametrul nominal de 4frac12 DPF = 4frac12) cu diametrul interior de 1214 mm (ceea ce

icircnseamnă că se utilizează pentru prăjini cu capetele fie cu II fie cu IEI (conform tabelului 85 cap

8) şi cu sarcina maximă de lucru de 250 tf cu masa mEl=1828kg conform NR 05-1018R STEROM

SA

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

ELpF= mEl middot g (253)

GEl = 1828 kg middot 981 ms2 = 18 kN

36Alegerea chiolbasilor

Chiolbaşii (Ch) (bdquothe drilling linksrdquo bdquoelevator linksrdquo icircn lb en) denumiţi şi bdquobraţele de

elevatorrdquo sunt scule de foraj care fac legătura icircntre cacircrlig şi elevator fiind utilizaţi icircn timpul

manevrei garniturii de foraj (GarF) şi coloanelor de burlane (CB)

Ei se agaţă cu ochiurile superioare de umerii cacircrligului şi susţin cu ochiurile lor inferioare

elevatorul prin umerii acestuia (vezi fig 361) Astfel sarcina datorată GarF sau CB este

preluată prin intermediul elevatorului de către Ch care o transmit cacircrligului [1]

55

Fig 361 Ansamblul format din macara-cacircrlig chiolbaşi şi elevator icircncare este susţinută garnitura de foraj icircn timpul manevrei acesteia

Din punct de vedere al sarcinii de lucru exista 3 tipuri de chiolbasi

1 Usor (sarcini mici)

2 Mediu (sarcini medii)

3 Greu (sarcini mari)

Tipul usor are forma de za alungita iar cel mediu si greu ndash de bara prevazuta la ambele capete cu

ochiuri

Chiolbasii se executa prin forjare in matrita dintr-o singura bucata de otel slab aliat de

constructii pentru a se asigura o rezistenta mare atat prin fibrajul obtinut prin procedeul tehnologic

respective cat si prin compozitie si prin TT folosit

Fig 362 Diferite tipuri de chiolbaşi

Alegerea chiolbasilor se face in functie de sarcina de lucru si de lungimea nominala

Fig 363 Tipurile de chiolbaşi şi dimensiunile lor principale a ndash chiolbaş de tipul uşor b ndash chiolbaş de tipul mediu c ndash chiolbaş de tipul greu C2 ndash raza de curbură interioară a ochiului superior G1 ndash raza de curbură interioară a ochiului

56

inferior D2 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului superior cu umărul cacircrligului H1 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului inferior cu umărul elevatorului d d1 ndash diametrul barei L ndash lungimea de lucru (dintre

punctele de sprijin pe umărul cacircrligului şi pe umărul elevatorului)

Conform normelor prevazute pentru F200-2DH se aleg chiolbasi de tip greu serie Chiolbaşi 69 x 2100 x 320

Gama de sarcini Fch = 320 tf perDimensiuni principale- d1 = 85 mm- C2 = 108 mm

- G1 =70 mm- D2 = 34 mm - H1 = 345 mm- Lungimea totala Lch = 2100 mm- Masa netă informativă mch = 247 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (36)

GCh = 247 kg middot 981 ms2 = 243 kN

37Alegerea cablului de manevra

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

1 la manevră cablul de manevră sau de foraj

2 la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcărit

3 la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancoră

4 pentru rabaterea turlei cablul de praştie

5 la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electrici

Cablurile 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

57

1 de acelaşi diametru 5 la fire2 de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 371)

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

Fig 371 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

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

1 organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)

2 metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)

3 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 ]

58

Fig 372 Cablarea a ndash icircnfăşurarea spre dreapta b ndash icircnfăşurarea spre stacircngac ndash cablarea icircn cruce stacircnga (ZS) d ndash cablarea icircn cruce dreapta (SZ)e ndash cablarea paralelă dreapta (ZZ) f ndash cablarea paralelă stacircnga (SS)

Alegerea cablului se face pe baza sarcinii sale reale minime de rupere (Srm) astfel icircncacirct să fie satisfăcută condiţia de rezistenţă (vezi [1])

Srm gecM middot FM (37)

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

CM - coeficientul de siguranţă pentru operatiile de tubare si instrumentatie care se accepta egal cu

valoarea 2 conform API Spec9B iar FM ste forta maxima din RA a infasurarii cablului Ea se

determina cu expresia[1]

(372)

in care FM este forta totala care actioneaza asupra ramurilor din cablu z ndash nr de role de la macaraηMminusG - randamentul masinii macara-geamblac la ridicareRandamentul masinii macara-geamblac la ridicare se obtine cu relatia (cf[1])

ηMminusG=β2 ∙Zminus1

2 ∙ Z ∙ β2 ∙Z ∙ ( βminus1 ) (373)

unde β este inversul randamentului unei role

β= 1ηRo

(374)

pentru care se admite valoarea β =104 conform API iar ηRo =096 (API) randament role

59

FM=FM

2sdotzsdotηM minusG

Conform tipului de ansamblu MC ales z =5 Atunci rezultă

ηMminusG =

1 04225minus12sdot5sdot1 042sdot5 (1 04minus1 )

=0 811

Forţa F M se calculează cu expresia (conform [1])

FM =F M +GoTsdot(1+

ac(M )

g )

(375)

unde FM

este sarcina maxima utila la carlig GoT - greutatea moarta la tubare g- acceleratia

gravitationala g= 981 ms2 ac(M )

- acceleratia miscarii carligului are valori cuprinse in domeniul

[0515]∙ ms2

Greutatea moartă la tubare se determină ţinacircnd cont de greutatea elementelor ansamblului

MC a chiolbaşilor (Ch) a elevatorului cu pene (ElP) şi a ramurilor de cablu dintre macara şi

geamblac

GoT =

GMC+G ch+GEl P+GCM

(376)

Deoarece la acest moment nu se cunoaşte tipodimensiunea cablului şi ca urmare masa sa unitară se face aproximaţia

GoT iquestGMC+G ch+GEl P (377)

rezulta

GOT=8446 kN+243kN+20601 kN=1075 kN

Ştiind tipul IF se determină

FM

=200tf= 200∙981 =1962kNSe accepta

ac(M )=1 m s2

si se obtine

FM =1962 kN+107 5 kNsdot(1+ 19 81 )=2080 46 kN

60

Se calculeaza

F =

2080 46 kN2sdot5sdot0 811

=256 531 kN

Se determină sarcina reală minimă de rupere necesară a cablului cu formula

Srmnec gecM middot FM (378)

c M=2 ( conform API) si rezulta

Srmnec =2∙256531kN=513062kN

Se alege un cablu Seale cu o măsură a lui Srm astfel icircncacirct să fie icircndeplinită condiţia următoare

Sr mgtSr m nec

(379)

Ca urmare din [1] tabelul 52 se constată că se poate alege

Cablu Seale 6x19-32-1570 SZ STAS1689-80

caracterizat prin

nT=6 nr toroane

n f=19=1+9+9 nr fire din fiecare torondc=32 mm diametrul nominalRm=1570 MPa rezistenta minima de rupere a sarmelorSr m=531 32 kN sarcina reala minima de rupered0=3 mm diametrul sarmelor centraled1=1 45 mm diametrul sarmelor intermediared2=26 mm diametrul sarmelor exterioarem1 C=3 89 kg m masa unitara

Tipul cablării cruce dreapta (SZ) adică sensul de icircnfăşurare a firelor icircn toron este spre stanga(S) iar sensul de icircnfăşurare a toroanelor icircn cablu este spre dreapta (Z)Sr m=531 32gtSr nec=513 062 kN

Deci conditiaSr mgtSr nec este satisfacuta

Se reia calculul pentru verificare

61

Trebuie sa recalculam FM tinand cont si de greutatea cablului GCM

GCM =2sdotzsdotlr CM(M ) sdotqc (3710)

qc - greutatea unitara a cabluluiqc =m1 Csdotg (3711)

qc =3 89 kg msdot9 81 m s2=38 161 N mlr CM(M ) =(15 m+lp )+sminuslb (3712)

lr CM(M )

=(15 m+27 m)+65 mminus9 m=26 m

in care s=65m ndash spatiu de siguranta lb=9m lungimea unui burlanlp=27m lungimea pasului

GCM=2sdot5sdot26 msdot38 161 N m=9 922 kN

GoT=107 5 kN+9 922kN=117 422kN

Pentru IF F200-2DH vom avea

F =

2091 413 kN2sdot5sdot0 811

=257 88 kN

c M=Sr m

F c M=531 32kN

257 88 kN=2 06gtc=2

Tabelul 375 Parametrii caracteristici ai cablurilor Seale 6 x 19 conform STAS 1689-80

38 Alegerea troliului de foraj

62

FN=200sdot9 81kN+117 442kN (1+ 19 81

)=2091 413kN

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

Instalaţiie 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[1]

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

39

Fig 221 Schema structural-functionala a unei instalatii de foraj cu mod de actionare centralizatin varianta MAC2 cu

actionare DH

S-a ales varianta MAC2 in care PN este actionata separat formand impreuna cu GA si transmisiile mecanice respective un grup motopompa (GMP) dupa cum TA este DH vezi 1[1])

23 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

1 pompe centrifuge pentru hidrocicloane2 site vibratoare 3 agitatoare4 pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de foraj5 pompe centrifuge pentru apa6 pompe centrifuge pentru chimicale7 pompe pentru reziduuri8 pompe pentru combustibil9 comanda hidraulica a prevenitoarelor10 instalaţie pentru uscarea aerului11 agregate pentru icircncălzire12 maşini-unelte13 agregat pentru sudura

40

14 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

Tabel 231 Consumatorii auxiliari de forta utilizati in cadrul IF de tipul F200-2DH si puterea lor

NrCrt

Denumirea consumatorilor Puterea motorului

kW

NrmotoarePuterea totala

kW

A Instalatia de foraj propriu-zisa

1 Site virbatoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 10 75

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa racire troliu 75 1 75

5 Pompa apa racire frina hidraulica 75 1 75

6 Pompe instalatie amestec chimicale 3 2 6

7 Pompe combustibil 3 2 6

8 Pompe ulei 15 1 15

9 Pompe de preparare a fluidului de foraj 75 2 150

10 Pompa baterie denisipare 55 1 55

11 Pompa baterie desmiluire 50 1 50

12 Instalatie degazeificare 5 1 5

13 Degazeificator 30 1 30

14 Instalatie de preparare centrifuga 20 3 60

15 Instalatie transport material pulverulent 4 1 4

16 Dispozitiv salvare garnitura 20 1 20

17 Dispozitiv strins-slabit 11 1 11

18 Dispozitiv manevra prajini grele 75 1 75

19 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

20 Pod tubaj reglabil 75 1 75

21 Instalatie comanda prevenitoare 11 1 11

41

22 Instalatie de uscare aer 15 1 15

23 Instalatie iluminat normal 18 1 18

24 Instalatie iluminat siguranta 08 1 08

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

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

PCsAF = 5928 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

24 Calculul puterii instalate

Puterea instalata a IF (Prsquo) reprezinta puterea motoarelor utilizate pentru actionarea

antoarelor principale a celor auxiliare si pentru actionarea celorlalte utilaje si instalatii folosite

pentru executarea diverselor operatii auxiliare

Prsquo = P + PCsAF (241)

P = n Pn (242)

Pn-Puterea nominala a motorului MB820 Pn= 655 kW

n-numarul de motoare folosite

P = (2+2) ∙ PnP = (2 + 2) 655kW = 2620 kW

Prsquo= 2620 kW + 5928 kW = 32128 kW

25 ConcluziiIn capitolul 2 s-au ales grupurile de actionare Alegerea s-a facut pe baza analizei

parametrilor motoarelor si caracteristicile acestora s-a evidentiat modul de utilizare al acestor

grupuri de actionare astfel incat sa fie satisfacute conditiile de tehnologicitate si economicitate

Acest lucru s-a facut pentru a obtine niste parametri de lucru cat se poate eficienti si economici

deoarece in cazul neindeplinirii uneia din conditii se pot intampla atat stagnari ale procesului

normal de foraj (uneori poate chiar si cu consecinte catastrofale) cat si pierderi financiare mari

42

3 ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ SI PREZENTAREA PARAMETRILOR SI CARACTERISTICILOR LOR

31Alegerea capului hidraulic

Fig31 Secţiune prin CH (reprezentare schematică (a) şi reprezentare constructivă (b))1 ndash corp (oală) 2 ndash bolţ 3 ndash toartă (biglu) 4 10 ndash rulment cu role cilindrice (de ghidare) 5 11 ndash garnituri de

etanşare 6 ndash rulment axial principal cu role conice 7 ndash fus 8 ndash reducţie 9 ndash rulment axial secundar cu bile 12 ndash felinar (capac) 13 ndash lulea 14 ndash piuliţă inferioară 15 ndash ţeavă de spălare 16 ndash cutie de etanşare 17 ndash etanşarea icircntre

partea superioară a ţevii de spălare şi lulea 18 ndash piuliţă superioară 19 ndash şuruburi de fixare

Capul hidraulic [1] (CH) este un utilaj care face parte din ansamblul de antrenare a GarF

El reprezinta nodul de legatura intre cele trei echipamente principale (EqPr) ale IF echipamentul

de circulatie (EqC) echipamentul de rotatie (EqR) si de manevra (EqM)

CH este suspendat in ciocul cirligului triplex cu ajutorul toartei sale La randul sau CH sustine

garnitura de foraj prin intermediul reductiei de legatura si al prajinii de antrenare De luleaua CH

se monteaza furtunul de noroi

43

Ca urmare functiunile CH sunt

1 Sustinerea GarF in timpul forajului

2 Permiterea rotatiei GarF

3 Conducerea fluidului de forajsub presiunede la FN la PA prin lulea teava de spalare

fus si RLCHin cazul circulatiei directe

Marimile fizice principale ale CH1 marimile functionale

- sarcina de lucru maxima

- turatia maxima a fusului

- presiunea maxima a fluidului de foraj

2 marimile dimensional-constructive

- diametrul interior al tevii de spalare

- tipo-dimensiulnile de legatura

3 marimile de anduranta

- sarcina limitacapacitatea in functie de rulmentul principal

- durabilitatea rulmentului principal

- durabilitatea etansarii tevii de spalare

Fig 31 Capul hidraulic (CH) montat icircn ciocul cacircrligului icircn timpul forajului

Alegerea capului hidraulic se face pe baza sarcinii maxime de lucru (FCH M

) si trebuie sa echipeze instalatia de foraj F200-2DH [1]

44

FCH M

geF M

(31)

FM =200 tf

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

(32)

Capetele hidraulice construite icircn Romacircnia sunt tipizate conform SR 5736 [66] care este

elaborat icircn concordanţă cu API Spec 8A [67] şi API Spec 8C [68]

Din tab 62 Cap 6 6 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH ndash 320 (ndash40degC) SR 5736

necesar instalaţiei de foraj alese F200

CHndash320 (ndash40degC) SR 5736 este un cap hidraulic echipat cu rulment axial-oscilant cu role

butoi cu sarcina maximă de lucru de 320tf care lucrează icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash

40degC

Conform SR 5736 acest tip de CH se caracterizează şi prin

Sarcina limită sau capacitatea maximă icircn funcţie de rulmentul principal FRLCH=147tf

pM = 35MPa nM = 300 rotmin di = 762 mm LP 4 (filetul de legătură al lulelei cu FF) 6⅝

REG LH (filetul de legătură cu RLCH)

32Alegerea ansamblului macara carlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 32 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]

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia [1]

FMC ge FCM (321)

Din tab32 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32-1250 MC -300 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii

45

Tabel 31 Caracteristicile Ansamblului Macara-Carlig

Tabelul 32 Tipurile de macarale-cacircrlig construite icircn Romacircnia şi caracteristicile lor (cf [69])

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (32)

GMC =8610t middot 981 ms2 = 84464 kN

46

UnMas F200Denumire 5-32MC-300

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300

Nr Roti manevra - 5

Diam cablului mm 32

Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140

Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in f-ie de rulmenti US tonf 347

Masa t 8610

Fig 32 Construcţia ansamblului-cacircrlig mono-bloc 1 ndash cacircrlig triplex 2 ndash bolţ 3 ndash pahar şi rulment axial 4 ndash tijă 5ndash piston 6 ndash arcuri de destindere 7 ndash piesă de legătură icircntre ansamblul cacircrligului şi macara 8 ndash axul macaralei 9 ndash role 10 ndash rulmenţii macaralei 11 ndash plăci laterale

33Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul de foraj reprezinta partea fixa a masinii macara-geamblac Se monteaza in

grupul mastului pe grinzi numite coroana geamblacului Este format dintr-un ax pe care se

monteaza un anumit numar de role (z+1) prin intermediul unor rulmenti Fiecare rola se misca

independent de celelalte (z-numarul de role de la macara) [1]

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

-geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţie romacircnească Avantajul acestui tip

constructiv este acela că este o construcţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

- 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

47

c geamblacul de foraj din două blocuri

- geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se pot roti şi interschimba asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

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

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

a geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

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

b geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

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 ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia [1]

Fig 331 Geamblac cu o roata separata

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 332

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

Alegerea geamblacului de foraj se face in functie de sarcina de lucru maxima de diametrul cablului utilizat de tipul cablului de manevra de tipul macaralei respectiv de tipul ansamblului macara-carlig

48

Pentru instalatia F200-2DH se alege unul din geamblacurile tipizate care sa indeplineasca cerintele impuse

Fig 33 2Geamblac monobloc 1 ndash suport (prin care GF se montează prin şuruburi de coroană ramă) 2ndash ax 3 ndash rolă roată 4 ndash rulment radial-axial cu role conice pe două racircnduri 5 ndash disc distanţier 6 ndash bucşă distanţieră 7 ndash ungător cu bilă (folosit pentru ungerea consistentă a rulmenţilor) (canalele de ungere sunt practicate icircn plan orizontal) 8 ndash placă de presare 9 ndash apărătoare

Pentru instalatia de foraj F 200 se va folosi un geamblac A 6 -32-1250GF-300 (-400C)(vezi [1] cap 54 tab56)adica geamblac de foraj cu 6 roţi role pe ax cu diametrul cablului de manevră de 32 mm

diametrul exterior al rolei de 1250 mm sarcina maximă de lucru 300tfşi temperatura de lucru de ndash

40degC Din tabelul 56 Cap 5 [1]se observă că acest tip de geamblac face parte din clasa

echipamentului (de manevră) 450

Tabel 33 Caracteristicile GeamblaculuiUnMas

Denumire 6-32GF-300Sarcina maxima la coroana geamblacului tf 400

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300Nr Roti manevra - 6

Diam cablului mm 32Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in functie de rulmenti US tonf 416Masa t 28

49

34Alegerea elevatorului 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

Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane de tubare (B-ElPCB) (bdquocasing slip

elevator-spiderrdquo icircn lb en) este o sculă de manevră care se foloseşte icircn timpul tubării puţurilor

atacirct pentru susţinerea coloanei de burlane (CB) ca broască cu pene aşezată pe masa rotativă

(MR) cacirct şi pentru săltarea din penele broaştei şi introducerea coloanei icircn puţ ca elevator (cu

pene) Deci aceste scule se folosesc icircn pereche icircn timpul tubării puţurilor una aşezată pe MR

susţine CB prin icircmpănare icircndeplinind funcţia de broască cu pene (vezi fig 341) iar cealaltă

care este susţinută icircn chiolbaşi avacircnd rolul de elevator (cu pene) se prinde tot prin icircmpănare pe

burlanul care s-a adăugat prin icircnşurubare la coloană saltă CB din broasca cu pene şi o susţine icircn

timpul introducerii ei icircn sondă (vezi fig 342)

Fig 342 Tragerea burlanului pe jilip cu ajutorul unui elevator de tras burlane pentru a fi icircnşurubat icircn

coloana susţinută icircn broasca cu pene

50

Fig 343 Varianta de elevator (cu pene) (cu inel ridicător) a broaştei-elevator cu pene cu două semicorpuri care este susţinută icircn ochiurile inferioare ale chiolbaşilor (11) icircn timpul introducerii coloanei de burlane (12) icircn puţul care se tubează 1 ndash corp carcasă 2 ndash umăr 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă de siguranţă 5 ndash corp de pană 6 ndash bacuri 7 ndash pacirclnie de ghidare 8 ndash cadru ridicător 9 ndash icircmpingătoare 10 ndash mecanism cu pacircrghii de ridicare

Din punct de vedere funcţional se deosebesc tipurile bull broască cu pene (BP) bull elevator cu pene (ElP)

Fig344 Broasca-elevator cu pene

51

In figura 344 este reprezentata Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane (broasca cu pene icircn partea de sus stanga elevatorul cu pene icircn partea dreapta şi vedere de sus a elevatorului cu pene icircn partea de jos) 1ndash corp 2ndash umăr braţ superior 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă (siguranţă pentru chiolbaşi) 5 ndash poartă uşă 6 ndash pene 7 ndash bacuri 8 ndash placă de sprijin (pe masa rotativă) 9 ndash guler de protecţie şi ghidare 10 ndash pacirclnie de ghidare HB ndash icircnălţimea broaştei cu pene HE ndash icircnălţimea elevatorului cu pene l ndash lăţimea broaştei-elevator

Alegerea elevatorului cu pene se face din conditiile urmatoare

FPgtFCBM

(341)

unde

FPleFBminusEl PCB

(342)

Studiind oferta companiei STEROM SA Cacircmpina conform ([1] cap 8 tab88) se alege un elevator cu pene de tipul

B-ElPCB 4frac12 ndash 13⅜ in x 350 ts (9⅝ x 275 ts x 8⅝) (ndash 45ordmC)

icircnseamnă broască-elevator destinată utilizării pentru burlane cu diametrul nominal cuprins

icircntre 4frac12 in şi 13⅜ in (inclusiv) cu sarcina nominală (sarcina maximă de lucru) de 350 ts (320tf)

echipată cu pene set de pene de 958 in cu sarcina nominală (maximă de lucru) de 275 ts (250 tf)

icircn care sunt montate bacuri de 858 in adică această broască-elevator este echipată pentru susţinerea

unei CB de 858 care determină icircn timpul manevrei ei o sarcină maximă la cacircrlig de cel mult 275ts

(250 tf) Ea este executată să lucreze icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash 45 ordmC

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

21t∙981ms2 =20601kN

35 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatorul pentru prăjini de foraj (ElPF) (bdquodrill pipe elevatorrdquo icircn lb en) este o sculă de

manevră care se foloseşte pentru susţinerea garniturii de foraj (GarF) icircn timpul extragerii şi

introducerii ei icircn sondă El prinde sub mufa PF şi este agăţat prin umerii săi icircn ochiurile

inferioare ale chiolbaşilor

ElPF se compune din

52

ndash două corpuri articulate care se icircnchid pe PF prevăzute cu cacircte un umăr cu care se suspendă icircn

ochiurile inferioare (mici) ale chiolbaşilor

ndash icircnchizatorul celor două corpuri

ndash eclise cu bolţuri prinse icircn umeri pentru asigurarea contra ieşirii chiolbaşilor

Elevatoarele se deosebesc prin forma lor modul de icircnchidere a celor două corpuri şi forma

suprafeţei de rezemare a prăjinilor

Din punctul de vedere al icircnchiderii se diferenţiază

ndash ElPF cu icircnchidere centrală (ElPFIcircC)

ndash ElPF cu icircnchidere laterală (ElPFIcircL)

După forma suprafeţei de sprijin al PF se disting

ndash ElPF cu scaun drept (ELPFSD) deci cu suprafaţă de rezemare dreaptă folosite pentru

manevrarea prăjinilor de foraj cu racorduri speciale sudate cu umăr drept (RSSUD) sau cu

racorduri icircnfiletate [1]

Fig 351 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun conic

ndash ElPF cu scaun conic (ElPFSC) care dispun de o suprafaţă de rezemare interioară tronconică cu unghiul de icircnchidere standardizat de 18deg ca şi mufele racordurilor speciale sudate cu umăr conic (RSSUC)

53

Fig 352 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun dreptElevatoarele sunt tipizate prescripţiile generale fiind prevăzute de API Spec 8A [85] şi

Spec 8C [86] Icircn fig 88 este reprezentat un ElPF cu scaun conic iar icircn fig 89 un ElPF cu scaun

drept

In figura 34 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic

Fig 34 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Alegerea elevatorului pentru prajini se face in functie de tipul prajinilor de foraj

1 Daca prajinile sunt cu recorduri speciale infiletate atunci cu scaun drept

2 Daca prajinile sunt cu racorduri speciale sudate atunci cu scaun conic

La alegerea elevatorului trebuie indeplinita conditia

FElgtFGar FMn

(sarcina normala utila de la carlig) (351)

icircn care FGar FM

este sarcina maximă care apare icircn timpul manevrării garniturii pacircnă la adacircncimea

maximă de foraj a puţului respectiv

54

Pentru că prăjinile de foraj sunt cu RSSUC si FGar FM

=122863kN conform tabelului 85

[1] cap 8 se alege un elevator cu scaun conic cu urmatoarea nominalizare

Elevator cu scaun conic 4frac12 x 1214 x 250 adica

elevator cu scaun conic cu dimensiunea nominală de 4frac12 ( pentru prăjini de foraj cu

RSSUC cu diametrul nominal de 4frac12 DPF = 4frac12) cu diametrul interior de 1214 mm (ceea ce

icircnseamnă că se utilizează pentru prăjini cu capetele fie cu II fie cu IEI (conform tabelului 85 cap

8) şi cu sarcina maximă de lucru de 250 tf cu masa mEl=1828kg conform NR 05-1018R STEROM

SA

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

ELpF= mEl middot g (253)

GEl = 1828 kg middot 981 ms2 = 18 kN

36Alegerea chiolbasilor

Chiolbaşii (Ch) (bdquothe drilling linksrdquo bdquoelevator linksrdquo icircn lb en) denumiţi şi bdquobraţele de

elevatorrdquo sunt scule de foraj care fac legătura icircntre cacircrlig şi elevator fiind utilizaţi icircn timpul

manevrei garniturii de foraj (GarF) şi coloanelor de burlane (CB)

Ei se agaţă cu ochiurile superioare de umerii cacircrligului şi susţin cu ochiurile lor inferioare

elevatorul prin umerii acestuia (vezi fig 361) Astfel sarcina datorată GarF sau CB este

preluată prin intermediul elevatorului de către Ch care o transmit cacircrligului [1]

55

Fig 361 Ansamblul format din macara-cacircrlig chiolbaşi şi elevator icircncare este susţinută garnitura de foraj icircn timpul manevrei acesteia

Din punct de vedere al sarcinii de lucru exista 3 tipuri de chiolbasi

1 Usor (sarcini mici)

2 Mediu (sarcini medii)

3 Greu (sarcini mari)

Tipul usor are forma de za alungita iar cel mediu si greu ndash de bara prevazuta la ambele capete cu

ochiuri

Chiolbasii se executa prin forjare in matrita dintr-o singura bucata de otel slab aliat de

constructii pentru a se asigura o rezistenta mare atat prin fibrajul obtinut prin procedeul tehnologic

respective cat si prin compozitie si prin TT folosit

Fig 362 Diferite tipuri de chiolbaşi

Alegerea chiolbasilor se face in functie de sarcina de lucru si de lungimea nominala

Fig 363 Tipurile de chiolbaşi şi dimensiunile lor principale a ndash chiolbaş de tipul uşor b ndash chiolbaş de tipul mediu c ndash chiolbaş de tipul greu C2 ndash raza de curbură interioară a ochiului superior G1 ndash raza de curbură interioară a ochiului

56

inferior D2 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului superior cu umărul cacircrligului H1 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului inferior cu umărul elevatorului d d1 ndash diametrul barei L ndash lungimea de lucru (dintre

punctele de sprijin pe umărul cacircrligului şi pe umărul elevatorului)

Conform normelor prevazute pentru F200-2DH se aleg chiolbasi de tip greu serie Chiolbaşi 69 x 2100 x 320

Gama de sarcini Fch = 320 tf perDimensiuni principale- d1 = 85 mm- C2 = 108 mm

- G1 =70 mm- D2 = 34 mm - H1 = 345 mm- Lungimea totala Lch = 2100 mm- Masa netă informativă mch = 247 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (36)

GCh = 247 kg middot 981 ms2 = 243 kN

37Alegerea cablului de manevra

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

1 la manevră cablul de manevră sau de foraj

2 la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcărit

3 la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancoră

4 pentru rabaterea turlei cablul de praştie

5 la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electrici

Cablurile 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

57

1 de acelaşi diametru 5 la fire2 de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 371)

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

Fig 371 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

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

1 organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)

2 metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)

3 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 ]

58

Fig 372 Cablarea a ndash icircnfăşurarea spre dreapta b ndash icircnfăşurarea spre stacircngac ndash cablarea icircn cruce stacircnga (ZS) d ndash cablarea icircn cruce dreapta (SZ)e ndash cablarea paralelă dreapta (ZZ) f ndash cablarea paralelă stacircnga (SS)

Alegerea cablului se face pe baza sarcinii sale reale minime de rupere (Srm) astfel icircncacirct să fie satisfăcută condiţia de rezistenţă (vezi [1])

Srm gecM middot FM (37)

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

CM - coeficientul de siguranţă pentru operatiile de tubare si instrumentatie care se accepta egal cu

valoarea 2 conform API Spec9B iar FM ste forta maxima din RA a infasurarii cablului Ea se

determina cu expresia[1]

(372)

in care FM este forta totala care actioneaza asupra ramurilor din cablu z ndash nr de role de la macaraηMminusG - randamentul masinii macara-geamblac la ridicareRandamentul masinii macara-geamblac la ridicare se obtine cu relatia (cf[1])

ηMminusG=β2 ∙Zminus1

2 ∙ Z ∙ β2 ∙Z ∙ ( βminus1 ) (373)

unde β este inversul randamentului unei role

β= 1ηRo

(374)

pentru care se admite valoarea β =104 conform API iar ηRo =096 (API) randament role

59

FM=FM

2sdotzsdotηM minusG

Conform tipului de ansamblu MC ales z =5 Atunci rezultă

ηMminusG =

1 04225minus12sdot5sdot1 042sdot5 (1 04minus1 )

=0 811

Forţa F M se calculează cu expresia (conform [1])

FM =F M +GoTsdot(1+

ac(M )

g )

(375)

unde FM

este sarcina maxima utila la carlig GoT - greutatea moarta la tubare g- acceleratia

gravitationala g= 981 ms2 ac(M )

- acceleratia miscarii carligului are valori cuprinse in domeniul

[0515]∙ ms2

Greutatea moartă la tubare se determină ţinacircnd cont de greutatea elementelor ansamblului

MC a chiolbaşilor (Ch) a elevatorului cu pene (ElP) şi a ramurilor de cablu dintre macara şi

geamblac

GoT =

GMC+G ch+GEl P+GCM

(376)

Deoarece la acest moment nu se cunoaşte tipodimensiunea cablului şi ca urmare masa sa unitară se face aproximaţia

GoT iquestGMC+G ch+GEl P (377)

rezulta

GOT=8446 kN+243kN+20601 kN=1075 kN

Ştiind tipul IF se determină

FM

=200tf= 200∙981 =1962kNSe accepta

ac(M )=1 m s2

si se obtine

FM =1962 kN+107 5 kNsdot(1+ 19 81 )=2080 46 kN

60

Se calculeaza

F =

2080 46 kN2sdot5sdot0 811

=256 531 kN

Se determină sarcina reală minimă de rupere necesară a cablului cu formula

Srmnec gecM middot FM (378)

c M=2 ( conform API) si rezulta

Srmnec =2∙256531kN=513062kN

Se alege un cablu Seale cu o măsură a lui Srm astfel icircncacirct să fie icircndeplinită condiţia următoare

Sr mgtSr m nec

(379)

Ca urmare din [1] tabelul 52 se constată că se poate alege

Cablu Seale 6x19-32-1570 SZ STAS1689-80

caracterizat prin

nT=6 nr toroane

n f=19=1+9+9 nr fire din fiecare torondc=32 mm diametrul nominalRm=1570 MPa rezistenta minima de rupere a sarmelorSr m=531 32 kN sarcina reala minima de rupered0=3 mm diametrul sarmelor centraled1=1 45 mm diametrul sarmelor intermediared2=26 mm diametrul sarmelor exterioarem1 C=3 89 kg m masa unitara

Tipul cablării cruce dreapta (SZ) adică sensul de icircnfăşurare a firelor icircn toron este spre stanga(S) iar sensul de icircnfăşurare a toroanelor icircn cablu este spre dreapta (Z)Sr m=531 32gtSr nec=513 062 kN

Deci conditiaSr mgtSr nec este satisfacuta

Se reia calculul pentru verificare

61

Trebuie sa recalculam FM tinand cont si de greutatea cablului GCM

GCM =2sdotzsdotlr CM(M ) sdotqc (3710)

qc - greutatea unitara a cabluluiqc =m1 Csdotg (3711)

qc =3 89 kg msdot9 81 m s2=38 161 N mlr CM(M ) =(15 m+lp )+sminuslb (3712)

lr CM(M )

=(15 m+27 m)+65 mminus9 m=26 m

in care s=65m ndash spatiu de siguranta lb=9m lungimea unui burlanlp=27m lungimea pasului

GCM=2sdot5sdot26 msdot38 161 N m=9 922 kN

GoT=107 5 kN+9 922kN=117 422kN

Pentru IF F200-2DH vom avea

F =

2091 413 kN2sdot5sdot0 811

=257 88 kN

c M=Sr m

F c M=531 32kN

257 88 kN=2 06gtc=2

Tabelul 375 Parametrii caracteristici ai cablurilor Seale 6 x 19 conform STAS 1689-80

38 Alegerea troliului de foraj

62

FN=200sdot9 81kN+117 442kN (1+ 19 81

)=2091 413kN

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

Fig 221 Schema structural-functionala a unei instalatii de foraj cu mod de actionare centralizatin varianta MAC2 cu

actionare DH

S-a ales varianta MAC2 in care PN este actionata separat formand impreuna cu GA si transmisiile mecanice respective un grup motopompa (GMP) dupa cum TA este DH vezi 1[1])

23 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

1 pompe centrifuge pentru hidrocicloane2 site vibratoare 3 agitatoare4 pompe centrifuge pentru supraalimentarea pompelor de foraj5 pompe centrifuge pentru apa6 pompe centrifuge pentru chimicale7 pompe pentru reziduuri8 pompe pentru combustibil9 comanda hidraulica a prevenitoarelor10 instalaţie pentru uscarea aerului11 agregate pentru icircncălzire12 maşini-unelte13 agregat pentru sudura

40

14 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

Tabel 231 Consumatorii auxiliari de forta utilizati in cadrul IF de tipul F200-2DH si puterea lor

NrCrt

Denumirea consumatorilor Puterea motorului

kW

NrmotoarePuterea totala

kW

A Instalatia de foraj propriu-zisa

1 Site virbatoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 10 75

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa racire troliu 75 1 75

5 Pompa apa racire frina hidraulica 75 1 75

6 Pompe instalatie amestec chimicale 3 2 6

7 Pompe combustibil 3 2 6

8 Pompe ulei 15 1 15

9 Pompe de preparare a fluidului de foraj 75 2 150

10 Pompa baterie denisipare 55 1 55

11 Pompa baterie desmiluire 50 1 50

12 Instalatie degazeificare 5 1 5

13 Degazeificator 30 1 30

14 Instalatie de preparare centrifuga 20 3 60

15 Instalatie transport material pulverulent 4 1 4

16 Dispozitiv salvare garnitura 20 1 20

17 Dispozitiv strins-slabit 11 1 11

18 Dispozitiv manevra prajini grele 75 1 75

19 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

20 Pod tubaj reglabil 75 1 75

21 Instalatie comanda prevenitoare 11 1 11

41

22 Instalatie de uscare aer 15 1 15

23 Instalatie iluminat normal 18 1 18

24 Instalatie iluminat siguranta 08 1 08

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

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

PCsAF = 5928 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

24 Calculul puterii instalate

Puterea instalata a IF (Prsquo) reprezinta puterea motoarelor utilizate pentru actionarea

antoarelor principale a celor auxiliare si pentru actionarea celorlalte utilaje si instalatii folosite

pentru executarea diverselor operatii auxiliare

Prsquo = P + PCsAF (241)

P = n Pn (242)

Pn-Puterea nominala a motorului MB820 Pn= 655 kW

n-numarul de motoare folosite

P = (2+2) ∙ PnP = (2 + 2) 655kW = 2620 kW

Prsquo= 2620 kW + 5928 kW = 32128 kW

25 ConcluziiIn capitolul 2 s-au ales grupurile de actionare Alegerea s-a facut pe baza analizei

parametrilor motoarelor si caracteristicile acestora s-a evidentiat modul de utilizare al acestor

grupuri de actionare astfel incat sa fie satisfacute conditiile de tehnologicitate si economicitate

Acest lucru s-a facut pentru a obtine niste parametri de lucru cat se poate eficienti si economici

deoarece in cazul neindeplinirii uneia din conditii se pot intampla atat stagnari ale procesului

normal de foraj (uneori poate chiar si cu consecinte catastrofale) cat si pierderi financiare mari

42

3 ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ SI PREZENTAREA PARAMETRILOR SI CARACTERISTICILOR LOR

31Alegerea capului hidraulic

Fig31 Secţiune prin CH (reprezentare schematică (a) şi reprezentare constructivă (b))1 ndash corp (oală) 2 ndash bolţ 3 ndash toartă (biglu) 4 10 ndash rulment cu role cilindrice (de ghidare) 5 11 ndash garnituri de

etanşare 6 ndash rulment axial principal cu role conice 7 ndash fus 8 ndash reducţie 9 ndash rulment axial secundar cu bile 12 ndash felinar (capac) 13 ndash lulea 14 ndash piuliţă inferioară 15 ndash ţeavă de spălare 16 ndash cutie de etanşare 17 ndash etanşarea icircntre

partea superioară a ţevii de spălare şi lulea 18 ndash piuliţă superioară 19 ndash şuruburi de fixare

Capul hidraulic [1] (CH) este un utilaj care face parte din ansamblul de antrenare a GarF

El reprezinta nodul de legatura intre cele trei echipamente principale (EqPr) ale IF echipamentul

de circulatie (EqC) echipamentul de rotatie (EqR) si de manevra (EqM)

CH este suspendat in ciocul cirligului triplex cu ajutorul toartei sale La randul sau CH sustine

garnitura de foraj prin intermediul reductiei de legatura si al prajinii de antrenare De luleaua CH

se monteaza furtunul de noroi

43

Ca urmare functiunile CH sunt

1 Sustinerea GarF in timpul forajului

2 Permiterea rotatiei GarF

3 Conducerea fluidului de forajsub presiunede la FN la PA prin lulea teava de spalare

fus si RLCHin cazul circulatiei directe

Marimile fizice principale ale CH1 marimile functionale

- sarcina de lucru maxima

- turatia maxima a fusului

- presiunea maxima a fluidului de foraj

2 marimile dimensional-constructive

- diametrul interior al tevii de spalare

- tipo-dimensiulnile de legatura

3 marimile de anduranta

- sarcina limitacapacitatea in functie de rulmentul principal

- durabilitatea rulmentului principal

- durabilitatea etansarii tevii de spalare

Fig 31 Capul hidraulic (CH) montat icircn ciocul cacircrligului icircn timpul forajului

Alegerea capului hidraulic se face pe baza sarcinii maxime de lucru (FCH M

) si trebuie sa echipeze instalatia de foraj F200-2DH [1]

44

FCH M

geF M

(31)

FM =200 tf

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

(32)

Capetele hidraulice construite icircn Romacircnia sunt tipizate conform SR 5736 [66] care este

elaborat icircn concordanţă cu API Spec 8A [67] şi API Spec 8C [68]

Din tab 62 Cap 6 6 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH ndash 320 (ndash40degC) SR 5736

necesar instalaţiei de foraj alese F200

CHndash320 (ndash40degC) SR 5736 este un cap hidraulic echipat cu rulment axial-oscilant cu role

butoi cu sarcina maximă de lucru de 320tf care lucrează icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash

40degC

Conform SR 5736 acest tip de CH se caracterizează şi prin

Sarcina limită sau capacitatea maximă icircn funcţie de rulmentul principal FRLCH=147tf

pM = 35MPa nM = 300 rotmin di = 762 mm LP 4 (filetul de legătură al lulelei cu FF) 6⅝

REG LH (filetul de legătură cu RLCH)

32Alegerea ansamblului macara carlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 32 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]

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia [1]

FMC ge FCM (321)

Din tab32 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32-1250 MC -300 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii

45

Tabel 31 Caracteristicile Ansamblului Macara-Carlig

Tabelul 32 Tipurile de macarale-cacircrlig construite icircn Romacircnia şi caracteristicile lor (cf [69])

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (32)

GMC =8610t middot 981 ms2 = 84464 kN

46

UnMas F200Denumire 5-32MC-300

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300

Nr Roti manevra - 5

Diam cablului mm 32

Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140

Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in f-ie de rulmenti US tonf 347

Masa t 8610

Fig 32 Construcţia ansamblului-cacircrlig mono-bloc 1 ndash cacircrlig triplex 2 ndash bolţ 3 ndash pahar şi rulment axial 4 ndash tijă 5ndash piston 6 ndash arcuri de destindere 7 ndash piesă de legătură icircntre ansamblul cacircrligului şi macara 8 ndash axul macaralei 9 ndash role 10 ndash rulmenţii macaralei 11 ndash plăci laterale

33Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul de foraj reprezinta partea fixa a masinii macara-geamblac Se monteaza in

grupul mastului pe grinzi numite coroana geamblacului Este format dintr-un ax pe care se

monteaza un anumit numar de role (z+1) prin intermediul unor rulmenti Fiecare rola se misca

independent de celelalte (z-numarul de role de la macara) [1]

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

-geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţie romacircnească Avantajul acestui tip

constructiv este acela că este o construcţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

- 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

47

c geamblacul de foraj din două blocuri

- geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se pot roti şi interschimba asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

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

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

a geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

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

b geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

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 ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia [1]

Fig 331 Geamblac cu o roata separata

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 332

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

Alegerea geamblacului de foraj se face in functie de sarcina de lucru maxima de diametrul cablului utilizat de tipul cablului de manevra de tipul macaralei respectiv de tipul ansamblului macara-carlig

48

Pentru instalatia F200-2DH se alege unul din geamblacurile tipizate care sa indeplineasca cerintele impuse

Fig 33 2Geamblac monobloc 1 ndash suport (prin care GF se montează prin şuruburi de coroană ramă) 2ndash ax 3 ndash rolă roată 4 ndash rulment radial-axial cu role conice pe două racircnduri 5 ndash disc distanţier 6 ndash bucşă distanţieră 7 ndash ungător cu bilă (folosit pentru ungerea consistentă a rulmenţilor) (canalele de ungere sunt practicate icircn plan orizontal) 8 ndash placă de presare 9 ndash apărătoare

Pentru instalatia de foraj F 200 se va folosi un geamblac A 6 -32-1250GF-300 (-400C)(vezi [1] cap 54 tab56)adica geamblac de foraj cu 6 roţi role pe ax cu diametrul cablului de manevră de 32 mm

diametrul exterior al rolei de 1250 mm sarcina maximă de lucru 300tfşi temperatura de lucru de ndash

40degC Din tabelul 56 Cap 5 [1]se observă că acest tip de geamblac face parte din clasa

echipamentului (de manevră) 450

Tabel 33 Caracteristicile GeamblaculuiUnMas

Denumire 6-32GF-300Sarcina maxima la coroana geamblacului tf 400

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300Nr Roti manevra - 6

Diam cablului mm 32Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in functie de rulmenti US tonf 416Masa t 28

49

34Alegerea elevatorului 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

Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane de tubare (B-ElPCB) (bdquocasing slip

elevator-spiderrdquo icircn lb en) este o sculă de manevră care se foloseşte icircn timpul tubării puţurilor

atacirct pentru susţinerea coloanei de burlane (CB) ca broască cu pene aşezată pe masa rotativă

(MR) cacirct şi pentru săltarea din penele broaştei şi introducerea coloanei icircn puţ ca elevator (cu

pene) Deci aceste scule se folosesc icircn pereche icircn timpul tubării puţurilor una aşezată pe MR

susţine CB prin icircmpănare icircndeplinind funcţia de broască cu pene (vezi fig 341) iar cealaltă

care este susţinută icircn chiolbaşi avacircnd rolul de elevator (cu pene) se prinde tot prin icircmpănare pe

burlanul care s-a adăugat prin icircnşurubare la coloană saltă CB din broasca cu pene şi o susţine icircn

timpul introducerii ei icircn sondă (vezi fig 342)

Fig 342 Tragerea burlanului pe jilip cu ajutorul unui elevator de tras burlane pentru a fi icircnşurubat icircn

coloana susţinută icircn broasca cu pene

50

Fig 343 Varianta de elevator (cu pene) (cu inel ridicător) a broaştei-elevator cu pene cu două semicorpuri care este susţinută icircn ochiurile inferioare ale chiolbaşilor (11) icircn timpul introducerii coloanei de burlane (12) icircn puţul care se tubează 1 ndash corp carcasă 2 ndash umăr 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă de siguranţă 5 ndash corp de pană 6 ndash bacuri 7 ndash pacirclnie de ghidare 8 ndash cadru ridicător 9 ndash icircmpingătoare 10 ndash mecanism cu pacircrghii de ridicare

Din punct de vedere funcţional se deosebesc tipurile bull broască cu pene (BP) bull elevator cu pene (ElP)

Fig344 Broasca-elevator cu pene

51

In figura 344 este reprezentata Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane (broasca cu pene icircn partea de sus stanga elevatorul cu pene icircn partea dreapta şi vedere de sus a elevatorului cu pene icircn partea de jos) 1ndash corp 2ndash umăr braţ superior 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă (siguranţă pentru chiolbaşi) 5 ndash poartă uşă 6 ndash pene 7 ndash bacuri 8 ndash placă de sprijin (pe masa rotativă) 9 ndash guler de protecţie şi ghidare 10 ndash pacirclnie de ghidare HB ndash icircnălţimea broaştei cu pene HE ndash icircnălţimea elevatorului cu pene l ndash lăţimea broaştei-elevator

Alegerea elevatorului cu pene se face din conditiile urmatoare

FPgtFCBM

(341)

unde

FPleFBminusEl PCB

(342)

Studiind oferta companiei STEROM SA Cacircmpina conform ([1] cap 8 tab88) se alege un elevator cu pene de tipul

B-ElPCB 4frac12 ndash 13⅜ in x 350 ts (9⅝ x 275 ts x 8⅝) (ndash 45ordmC)

icircnseamnă broască-elevator destinată utilizării pentru burlane cu diametrul nominal cuprins

icircntre 4frac12 in şi 13⅜ in (inclusiv) cu sarcina nominală (sarcina maximă de lucru) de 350 ts (320tf)

echipată cu pene set de pene de 958 in cu sarcina nominală (maximă de lucru) de 275 ts (250 tf)

icircn care sunt montate bacuri de 858 in adică această broască-elevator este echipată pentru susţinerea

unei CB de 858 care determină icircn timpul manevrei ei o sarcină maximă la cacircrlig de cel mult 275ts

(250 tf) Ea este executată să lucreze icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash 45 ordmC

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

21t∙981ms2 =20601kN

35 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatorul pentru prăjini de foraj (ElPF) (bdquodrill pipe elevatorrdquo icircn lb en) este o sculă de

manevră care se foloseşte pentru susţinerea garniturii de foraj (GarF) icircn timpul extragerii şi

introducerii ei icircn sondă El prinde sub mufa PF şi este agăţat prin umerii săi icircn ochiurile

inferioare ale chiolbaşilor

ElPF se compune din

52

ndash două corpuri articulate care se icircnchid pe PF prevăzute cu cacircte un umăr cu care se suspendă icircn

ochiurile inferioare (mici) ale chiolbaşilor

ndash icircnchizatorul celor două corpuri

ndash eclise cu bolţuri prinse icircn umeri pentru asigurarea contra ieşirii chiolbaşilor

Elevatoarele se deosebesc prin forma lor modul de icircnchidere a celor două corpuri şi forma

suprafeţei de rezemare a prăjinilor

Din punctul de vedere al icircnchiderii se diferenţiază

ndash ElPF cu icircnchidere centrală (ElPFIcircC)

ndash ElPF cu icircnchidere laterală (ElPFIcircL)

După forma suprafeţei de sprijin al PF se disting

ndash ElPF cu scaun drept (ELPFSD) deci cu suprafaţă de rezemare dreaptă folosite pentru

manevrarea prăjinilor de foraj cu racorduri speciale sudate cu umăr drept (RSSUD) sau cu

racorduri icircnfiletate [1]

Fig 351 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun conic

ndash ElPF cu scaun conic (ElPFSC) care dispun de o suprafaţă de rezemare interioară tronconică cu unghiul de icircnchidere standardizat de 18deg ca şi mufele racordurilor speciale sudate cu umăr conic (RSSUC)

53

Fig 352 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun dreptElevatoarele sunt tipizate prescripţiile generale fiind prevăzute de API Spec 8A [85] şi

Spec 8C [86] Icircn fig 88 este reprezentat un ElPF cu scaun conic iar icircn fig 89 un ElPF cu scaun

drept

In figura 34 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic

Fig 34 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Alegerea elevatorului pentru prajini se face in functie de tipul prajinilor de foraj

1 Daca prajinile sunt cu recorduri speciale infiletate atunci cu scaun drept

2 Daca prajinile sunt cu racorduri speciale sudate atunci cu scaun conic

La alegerea elevatorului trebuie indeplinita conditia

FElgtFGar FMn

(sarcina normala utila de la carlig) (351)

icircn care FGar FM

este sarcina maximă care apare icircn timpul manevrării garniturii pacircnă la adacircncimea

maximă de foraj a puţului respectiv

54

Pentru că prăjinile de foraj sunt cu RSSUC si FGar FM

=122863kN conform tabelului 85

[1] cap 8 se alege un elevator cu scaun conic cu urmatoarea nominalizare

Elevator cu scaun conic 4frac12 x 1214 x 250 adica

elevator cu scaun conic cu dimensiunea nominală de 4frac12 ( pentru prăjini de foraj cu

RSSUC cu diametrul nominal de 4frac12 DPF = 4frac12) cu diametrul interior de 1214 mm (ceea ce

icircnseamnă că se utilizează pentru prăjini cu capetele fie cu II fie cu IEI (conform tabelului 85 cap

8) şi cu sarcina maximă de lucru de 250 tf cu masa mEl=1828kg conform NR 05-1018R STEROM

SA

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

ELpF= mEl middot g (253)

GEl = 1828 kg middot 981 ms2 = 18 kN

36Alegerea chiolbasilor

Chiolbaşii (Ch) (bdquothe drilling linksrdquo bdquoelevator linksrdquo icircn lb en) denumiţi şi bdquobraţele de

elevatorrdquo sunt scule de foraj care fac legătura icircntre cacircrlig şi elevator fiind utilizaţi icircn timpul

manevrei garniturii de foraj (GarF) şi coloanelor de burlane (CB)

Ei se agaţă cu ochiurile superioare de umerii cacircrligului şi susţin cu ochiurile lor inferioare

elevatorul prin umerii acestuia (vezi fig 361) Astfel sarcina datorată GarF sau CB este

preluată prin intermediul elevatorului de către Ch care o transmit cacircrligului [1]

55

Fig 361 Ansamblul format din macara-cacircrlig chiolbaşi şi elevator icircncare este susţinută garnitura de foraj icircn timpul manevrei acesteia

Din punct de vedere al sarcinii de lucru exista 3 tipuri de chiolbasi

1 Usor (sarcini mici)

2 Mediu (sarcini medii)

3 Greu (sarcini mari)

Tipul usor are forma de za alungita iar cel mediu si greu ndash de bara prevazuta la ambele capete cu

ochiuri

Chiolbasii se executa prin forjare in matrita dintr-o singura bucata de otel slab aliat de

constructii pentru a se asigura o rezistenta mare atat prin fibrajul obtinut prin procedeul tehnologic

respective cat si prin compozitie si prin TT folosit

Fig 362 Diferite tipuri de chiolbaşi

Alegerea chiolbasilor se face in functie de sarcina de lucru si de lungimea nominala

Fig 363 Tipurile de chiolbaşi şi dimensiunile lor principale a ndash chiolbaş de tipul uşor b ndash chiolbaş de tipul mediu c ndash chiolbaş de tipul greu C2 ndash raza de curbură interioară a ochiului superior G1 ndash raza de curbură interioară a ochiului

56

inferior D2 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului superior cu umărul cacircrligului H1 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului inferior cu umărul elevatorului d d1 ndash diametrul barei L ndash lungimea de lucru (dintre

punctele de sprijin pe umărul cacircrligului şi pe umărul elevatorului)

Conform normelor prevazute pentru F200-2DH se aleg chiolbasi de tip greu serie Chiolbaşi 69 x 2100 x 320

Gama de sarcini Fch = 320 tf perDimensiuni principale- d1 = 85 mm- C2 = 108 mm

- G1 =70 mm- D2 = 34 mm - H1 = 345 mm- Lungimea totala Lch = 2100 mm- Masa netă informativă mch = 247 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (36)

GCh = 247 kg middot 981 ms2 = 243 kN

37Alegerea cablului de manevra

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

1 la manevră cablul de manevră sau de foraj

2 la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcărit

3 la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancoră

4 pentru rabaterea turlei cablul de praştie

5 la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electrici

Cablurile 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

57

1 de acelaşi diametru 5 la fire2 de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 371)

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

Fig 371 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

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

1 organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)

2 metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)

3 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 ]

58

Fig 372 Cablarea a ndash icircnfăşurarea spre dreapta b ndash icircnfăşurarea spre stacircngac ndash cablarea icircn cruce stacircnga (ZS) d ndash cablarea icircn cruce dreapta (SZ)e ndash cablarea paralelă dreapta (ZZ) f ndash cablarea paralelă stacircnga (SS)

Alegerea cablului se face pe baza sarcinii sale reale minime de rupere (Srm) astfel icircncacirct să fie satisfăcută condiţia de rezistenţă (vezi [1])

Srm gecM middot FM (37)

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

CM - coeficientul de siguranţă pentru operatiile de tubare si instrumentatie care se accepta egal cu

valoarea 2 conform API Spec9B iar FM ste forta maxima din RA a infasurarii cablului Ea se

determina cu expresia[1]

(372)

in care FM este forta totala care actioneaza asupra ramurilor din cablu z ndash nr de role de la macaraηMminusG - randamentul masinii macara-geamblac la ridicareRandamentul masinii macara-geamblac la ridicare se obtine cu relatia (cf[1])

ηMminusG=β2 ∙Zminus1

2 ∙ Z ∙ β2 ∙Z ∙ ( βminus1 ) (373)

unde β este inversul randamentului unei role

β= 1ηRo

(374)

pentru care se admite valoarea β =104 conform API iar ηRo =096 (API) randament role

59

FM=FM

2sdotzsdotηM minusG

Conform tipului de ansamblu MC ales z =5 Atunci rezultă

ηMminusG =

1 04225minus12sdot5sdot1 042sdot5 (1 04minus1 )

=0 811

Forţa F M se calculează cu expresia (conform [1])

FM =F M +GoTsdot(1+

ac(M )

g )

(375)

unde FM

este sarcina maxima utila la carlig GoT - greutatea moarta la tubare g- acceleratia

gravitationala g= 981 ms2 ac(M )

- acceleratia miscarii carligului are valori cuprinse in domeniul

[0515]∙ ms2

Greutatea moartă la tubare se determină ţinacircnd cont de greutatea elementelor ansamblului

MC a chiolbaşilor (Ch) a elevatorului cu pene (ElP) şi a ramurilor de cablu dintre macara şi

geamblac

GoT =

GMC+G ch+GEl P+GCM

(376)

Deoarece la acest moment nu se cunoaşte tipodimensiunea cablului şi ca urmare masa sa unitară se face aproximaţia

GoT iquestGMC+G ch+GEl P (377)

rezulta

GOT=8446 kN+243kN+20601 kN=1075 kN

Ştiind tipul IF se determină

FM

=200tf= 200∙981 =1962kNSe accepta

ac(M )=1 m s2

si se obtine

FM =1962 kN+107 5 kNsdot(1+ 19 81 )=2080 46 kN

60

Se calculeaza

F =

2080 46 kN2sdot5sdot0 811

=256 531 kN

Se determină sarcina reală minimă de rupere necesară a cablului cu formula

Srmnec gecM middot FM (378)

c M=2 ( conform API) si rezulta

Srmnec =2∙256531kN=513062kN

Se alege un cablu Seale cu o măsură a lui Srm astfel icircncacirct să fie icircndeplinită condiţia următoare

Sr mgtSr m nec

(379)

Ca urmare din [1] tabelul 52 se constată că se poate alege

Cablu Seale 6x19-32-1570 SZ STAS1689-80

caracterizat prin

nT=6 nr toroane

n f=19=1+9+9 nr fire din fiecare torondc=32 mm diametrul nominalRm=1570 MPa rezistenta minima de rupere a sarmelorSr m=531 32 kN sarcina reala minima de rupered0=3 mm diametrul sarmelor centraled1=1 45 mm diametrul sarmelor intermediared2=26 mm diametrul sarmelor exterioarem1 C=3 89 kg m masa unitara

Tipul cablării cruce dreapta (SZ) adică sensul de icircnfăşurare a firelor icircn toron este spre stanga(S) iar sensul de icircnfăşurare a toroanelor icircn cablu este spre dreapta (Z)Sr m=531 32gtSr nec=513 062 kN

Deci conditiaSr mgtSr nec este satisfacuta

Se reia calculul pentru verificare

61

Trebuie sa recalculam FM tinand cont si de greutatea cablului GCM

GCM =2sdotzsdotlr CM(M ) sdotqc (3710)

qc - greutatea unitara a cabluluiqc =m1 Csdotg (3711)

qc =3 89 kg msdot9 81 m s2=38 161 N mlr CM(M ) =(15 m+lp )+sminuslb (3712)

lr CM(M )

=(15 m+27 m)+65 mminus9 m=26 m

in care s=65m ndash spatiu de siguranta lb=9m lungimea unui burlanlp=27m lungimea pasului

GCM=2sdot5sdot26 msdot38 161 N m=9 922 kN

GoT=107 5 kN+9 922kN=117 422kN

Pentru IF F200-2DH vom avea

F =

2091 413 kN2sdot5sdot0 811

=257 88 kN

c M=Sr m

F c M=531 32kN

257 88 kN=2 06gtc=2

Tabelul 375 Parametrii caracteristici ai cablurilor Seale 6 x 19 conform STAS 1689-80

38 Alegerea troliului de foraj

62

FN=200sdot9 81kN+117 442kN (1+ 19 81

)=2091 413kN

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

14 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

Tabel 231 Consumatorii auxiliari de forta utilizati in cadrul IF de tipul F200-2DH si puterea lor

NrCrt

Denumirea consumatorilor Puterea motorului

kW

NrmotoarePuterea totala

kW

A Instalatia de foraj propriu-zisa

1 Site virbatoare 4 3 12

2 Agitator habe 75 10 75

3 Pompe apa 75 2 15

4 Pompa apa racire troliu 75 1 75

5 Pompa apa racire frina hidraulica 75 1 75

6 Pompe instalatie amestec chimicale 3 2 6

7 Pompe combustibil 3 2 6

8 Pompe ulei 15 1 15

9 Pompe de preparare a fluidului de foraj 75 2 150

10 Pompa baterie denisipare 55 1 55

11 Pompa baterie desmiluire 50 1 50

12 Instalatie degazeificare 5 1 5

13 Degazeificator 30 1 30

14 Instalatie de preparare centrifuga 20 3 60

15 Instalatie transport material pulverulent 4 1 4

16 Dispozitiv salvare garnitura 20 1 20

17 Dispozitiv strins-slabit 11 1 11

18 Dispozitiv manevra prajini grele 75 1 75

19 Dispozitiv mecanizare 185 1 185

20 Pod tubaj reglabil 75 1 75

21 Instalatie comanda prevenitoare 11 1 11

41

22 Instalatie de uscare aer 15 1 15

23 Instalatie iluminat normal 18 1 18

24 Instalatie iluminat siguranta 08 1 08

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

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

PCsAF = 5928 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

24 Calculul puterii instalate

Puterea instalata a IF (Prsquo) reprezinta puterea motoarelor utilizate pentru actionarea

antoarelor principale a celor auxiliare si pentru actionarea celorlalte utilaje si instalatii folosite

pentru executarea diverselor operatii auxiliare

Prsquo = P + PCsAF (241)

P = n Pn (242)

Pn-Puterea nominala a motorului MB820 Pn= 655 kW

n-numarul de motoare folosite

P = (2+2) ∙ PnP = (2 + 2) 655kW = 2620 kW

Prsquo= 2620 kW + 5928 kW = 32128 kW

25 ConcluziiIn capitolul 2 s-au ales grupurile de actionare Alegerea s-a facut pe baza analizei

parametrilor motoarelor si caracteristicile acestora s-a evidentiat modul de utilizare al acestor

grupuri de actionare astfel incat sa fie satisfacute conditiile de tehnologicitate si economicitate

Acest lucru s-a facut pentru a obtine niste parametri de lucru cat se poate eficienti si economici

deoarece in cazul neindeplinirii uneia din conditii se pot intampla atat stagnari ale procesului

normal de foraj (uneori poate chiar si cu consecinte catastrofale) cat si pierderi financiare mari

42

3 ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ SI PREZENTAREA PARAMETRILOR SI CARACTERISTICILOR LOR

31Alegerea capului hidraulic

Fig31 Secţiune prin CH (reprezentare schematică (a) şi reprezentare constructivă (b))1 ndash corp (oală) 2 ndash bolţ 3 ndash toartă (biglu) 4 10 ndash rulment cu role cilindrice (de ghidare) 5 11 ndash garnituri de

etanşare 6 ndash rulment axial principal cu role conice 7 ndash fus 8 ndash reducţie 9 ndash rulment axial secundar cu bile 12 ndash felinar (capac) 13 ndash lulea 14 ndash piuliţă inferioară 15 ndash ţeavă de spălare 16 ndash cutie de etanşare 17 ndash etanşarea icircntre

partea superioară a ţevii de spălare şi lulea 18 ndash piuliţă superioară 19 ndash şuruburi de fixare

Capul hidraulic [1] (CH) este un utilaj care face parte din ansamblul de antrenare a GarF

El reprezinta nodul de legatura intre cele trei echipamente principale (EqPr) ale IF echipamentul

de circulatie (EqC) echipamentul de rotatie (EqR) si de manevra (EqM)

CH este suspendat in ciocul cirligului triplex cu ajutorul toartei sale La randul sau CH sustine

garnitura de foraj prin intermediul reductiei de legatura si al prajinii de antrenare De luleaua CH

se monteaza furtunul de noroi

43

Ca urmare functiunile CH sunt

1 Sustinerea GarF in timpul forajului

2 Permiterea rotatiei GarF

3 Conducerea fluidului de forajsub presiunede la FN la PA prin lulea teava de spalare

fus si RLCHin cazul circulatiei directe

Marimile fizice principale ale CH1 marimile functionale

- sarcina de lucru maxima

- turatia maxima a fusului

- presiunea maxima a fluidului de foraj

2 marimile dimensional-constructive

- diametrul interior al tevii de spalare

- tipo-dimensiulnile de legatura

3 marimile de anduranta

- sarcina limitacapacitatea in functie de rulmentul principal

- durabilitatea rulmentului principal

- durabilitatea etansarii tevii de spalare

Fig 31 Capul hidraulic (CH) montat icircn ciocul cacircrligului icircn timpul forajului

Alegerea capului hidraulic se face pe baza sarcinii maxime de lucru (FCH M

) si trebuie sa echipeze instalatia de foraj F200-2DH [1]

44

FCH M

geF M

(31)

FM =200 tf

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

(32)

Capetele hidraulice construite icircn Romacircnia sunt tipizate conform SR 5736 [66] care este

elaborat icircn concordanţă cu API Spec 8A [67] şi API Spec 8C [68]

Din tab 62 Cap 6 6 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH ndash 320 (ndash40degC) SR 5736

necesar instalaţiei de foraj alese F200

CHndash320 (ndash40degC) SR 5736 este un cap hidraulic echipat cu rulment axial-oscilant cu role

butoi cu sarcina maximă de lucru de 320tf care lucrează icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash

40degC

Conform SR 5736 acest tip de CH se caracterizează şi prin

Sarcina limită sau capacitatea maximă icircn funcţie de rulmentul principal FRLCH=147tf

pM = 35MPa nM = 300 rotmin di = 762 mm LP 4 (filetul de legătură al lulelei cu FF) 6⅝

REG LH (filetul de legătură cu RLCH)

32Alegerea ansamblului macara carlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 32 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]

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia [1]

FMC ge FCM (321)

Din tab32 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32-1250 MC -300 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii

45

Tabel 31 Caracteristicile Ansamblului Macara-Carlig

Tabelul 32 Tipurile de macarale-cacircrlig construite icircn Romacircnia şi caracteristicile lor (cf [69])

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (32)

GMC =8610t middot 981 ms2 = 84464 kN

46

UnMas F200Denumire 5-32MC-300

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300

Nr Roti manevra - 5

Diam cablului mm 32

Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140

Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in f-ie de rulmenti US tonf 347

Masa t 8610

Fig 32 Construcţia ansamblului-cacircrlig mono-bloc 1 ndash cacircrlig triplex 2 ndash bolţ 3 ndash pahar şi rulment axial 4 ndash tijă 5ndash piston 6 ndash arcuri de destindere 7 ndash piesă de legătură icircntre ansamblul cacircrligului şi macara 8 ndash axul macaralei 9 ndash role 10 ndash rulmenţii macaralei 11 ndash plăci laterale

33Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul de foraj reprezinta partea fixa a masinii macara-geamblac Se monteaza in

grupul mastului pe grinzi numite coroana geamblacului Este format dintr-un ax pe care se

monteaza un anumit numar de role (z+1) prin intermediul unor rulmenti Fiecare rola se misca

independent de celelalte (z-numarul de role de la macara) [1]

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

-geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţie romacircnească Avantajul acestui tip

constructiv este acela că este o construcţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

- 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

47

c geamblacul de foraj din două blocuri

- geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se pot roti şi interschimba asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

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

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

a geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

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

b geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

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 ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia [1]

Fig 331 Geamblac cu o roata separata

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 332

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

Alegerea geamblacului de foraj se face in functie de sarcina de lucru maxima de diametrul cablului utilizat de tipul cablului de manevra de tipul macaralei respectiv de tipul ansamblului macara-carlig

48

Pentru instalatia F200-2DH se alege unul din geamblacurile tipizate care sa indeplineasca cerintele impuse

Fig 33 2Geamblac monobloc 1 ndash suport (prin care GF se montează prin şuruburi de coroană ramă) 2ndash ax 3 ndash rolă roată 4 ndash rulment radial-axial cu role conice pe două racircnduri 5 ndash disc distanţier 6 ndash bucşă distanţieră 7 ndash ungător cu bilă (folosit pentru ungerea consistentă a rulmenţilor) (canalele de ungere sunt practicate icircn plan orizontal) 8 ndash placă de presare 9 ndash apărătoare

Pentru instalatia de foraj F 200 se va folosi un geamblac A 6 -32-1250GF-300 (-400C)(vezi [1] cap 54 tab56)adica geamblac de foraj cu 6 roţi role pe ax cu diametrul cablului de manevră de 32 mm

diametrul exterior al rolei de 1250 mm sarcina maximă de lucru 300tfşi temperatura de lucru de ndash

40degC Din tabelul 56 Cap 5 [1]se observă că acest tip de geamblac face parte din clasa

echipamentului (de manevră) 450

Tabel 33 Caracteristicile GeamblaculuiUnMas

Denumire 6-32GF-300Sarcina maxima la coroana geamblacului tf 400

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300Nr Roti manevra - 6

Diam cablului mm 32Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in functie de rulmenti US tonf 416Masa t 28

49

34Alegerea elevatorului 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

Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane de tubare (B-ElPCB) (bdquocasing slip

elevator-spiderrdquo icircn lb en) este o sculă de manevră care se foloseşte icircn timpul tubării puţurilor

atacirct pentru susţinerea coloanei de burlane (CB) ca broască cu pene aşezată pe masa rotativă

(MR) cacirct şi pentru săltarea din penele broaştei şi introducerea coloanei icircn puţ ca elevator (cu

pene) Deci aceste scule se folosesc icircn pereche icircn timpul tubării puţurilor una aşezată pe MR

susţine CB prin icircmpănare icircndeplinind funcţia de broască cu pene (vezi fig 341) iar cealaltă

care este susţinută icircn chiolbaşi avacircnd rolul de elevator (cu pene) se prinde tot prin icircmpănare pe

burlanul care s-a adăugat prin icircnşurubare la coloană saltă CB din broasca cu pene şi o susţine icircn

timpul introducerii ei icircn sondă (vezi fig 342)

Fig 342 Tragerea burlanului pe jilip cu ajutorul unui elevator de tras burlane pentru a fi icircnşurubat icircn

coloana susţinută icircn broasca cu pene

50

Fig 343 Varianta de elevator (cu pene) (cu inel ridicător) a broaştei-elevator cu pene cu două semicorpuri care este susţinută icircn ochiurile inferioare ale chiolbaşilor (11) icircn timpul introducerii coloanei de burlane (12) icircn puţul care se tubează 1 ndash corp carcasă 2 ndash umăr 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă de siguranţă 5 ndash corp de pană 6 ndash bacuri 7 ndash pacirclnie de ghidare 8 ndash cadru ridicător 9 ndash icircmpingătoare 10 ndash mecanism cu pacircrghii de ridicare

Din punct de vedere funcţional se deosebesc tipurile bull broască cu pene (BP) bull elevator cu pene (ElP)

Fig344 Broasca-elevator cu pene

51

In figura 344 este reprezentata Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane (broasca cu pene icircn partea de sus stanga elevatorul cu pene icircn partea dreapta şi vedere de sus a elevatorului cu pene icircn partea de jos) 1ndash corp 2ndash umăr braţ superior 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă (siguranţă pentru chiolbaşi) 5 ndash poartă uşă 6 ndash pene 7 ndash bacuri 8 ndash placă de sprijin (pe masa rotativă) 9 ndash guler de protecţie şi ghidare 10 ndash pacirclnie de ghidare HB ndash icircnălţimea broaştei cu pene HE ndash icircnălţimea elevatorului cu pene l ndash lăţimea broaştei-elevator

Alegerea elevatorului cu pene se face din conditiile urmatoare

FPgtFCBM

(341)

unde

FPleFBminusEl PCB

(342)

Studiind oferta companiei STEROM SA Cacircmpina conform ([1] cap 8 tab88) se alege un elevator cu pene de tipul

B-ElPCB 4frac12 ndash 13⅜ in x 350 ts (9⅝ x 275 ts x 8⅝) (ndash 45ordmC)

icircnseamnă broască-elevator destinată utilizării pentru burlane cu diametrul nominal cuprins

icircntre 4frac12 in şi 13⅜ in (inclusiv) cu sarcina nominală (sarcina maximă de lucru) de 350 ts (320tf)

echipată cu pene set de pene de 958 in cu sarcina nominală (maximă de lucru) de 275 ts (250 tf)

icircn care sunt montate bacuri de 858 in adică această broască-elevator este echipată pentru susţinerea

unei CB de 858 care determină icircn timpul manevrei ei o sarcină maximă la cacircrlig de cel mult 275ts

(250 tf) Ea este executată să lucreze icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash 45 ordmC

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

21t∙981ms2 =20601kN

35 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatorul pentru prăjini de foraj (ElPF) (bdquodrill pipe elevatorrdquo icircn lb en) este o sculă de

manevră care se foloseşte pentru susţinerea garniturii de foraj (GarF) icircn timpul extragerii şi

introducerii ei icircn sondă El prinde sub mufa PF şi este agăţat prin umerii săi icircn ochiurile

inferioare ale chiolbaşilor

ElPF se compune din

52

ndash două corpuri articulate care se icircnchid pe PF prevăzute cu cacircte un umăr cu care se suspendă icircn

ochiurile inferioare (mici) ale chiolbaşilor

ndash icircnchizatorul celor două corpuri

ndash eclise cu bolţuri prinse icircn umeri pentru asigurarea contra ieşirii chiolbaşilor

Elevatoarele se deosebesc prin forma lor modul de icircnchidere a celor două corpuri şi forma

suprafeţei de rezemare a prăjinilor

Din punctul de vedere al icircnchiderii se diferenţiază

ndash ElPF cu icircnchidere centrală (ElPFIcircC)

ndash ElPF cu icircnchidere laterală (ElPFIcircL)

După forma suprafeţei de sprijin al PF se disting

ndash ElPF cu scaun drept (ELPFSD) deci cu suprafaţă de rezemare dreaptă folosite pentru

manevrarea prăjinilor de foraj cu racorduri speciale sudate cu umăr drept (RSSUD) sau cu

racorduri icircnfiletate [1]

Fig 351 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun conic

ndash ElPF cu scaun conic (ElPFSC) care dispun de o suprafaţă de rezemare interioară tronconică cu unghiul de icircnchidere standardizat de 18deg ca şi mufele racordurilor speciale sudate cu umăr conic (RSSUC)

53

Fig 352 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun dreptElevatoarele sunt tipizate prescripţiile generale fiind prevăzute de API Spec 8A [85] şi

Spec 8C [86] Icircn fig 88 este reprezentat un ElPF cu scaun conic iar icircn fig 89 un ElPF cu scaun

drept

In figura 34 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic

Fig 34 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Alegerea elevatorului pentru prajini se face in functie de tipul prajinilor de foraj

1 Daca prajinile sunt cu recorduri speciale infiletate atunci cu scaun drept

2 Daca prajinile sunt cu racorduri speciale sudate atunci cu scaun conic

La alegerea elevatorului trebuie indeplinita conditia

FElgtFGar FMn

(sarcina normala utila de la carlig) (351)

icircn care FGar FM

este sarcina maximă care apare icircn timpul manevrării garniturii pacircnă la adacircncimea

maximă de foraj a puţului respectiv

54

Pentru că prăjinile de foraj sunt cu RSSUC si FGar FM

=122863kN conform tabelului 85

[1] cap 8 se alege un elevator cu scaun conic cu urmatoarea nominalizare

Elevator cu scaun conic 4frac12 x 1214 x 250 adica

elevator cu scaun conic cu dimensiunea nominală de 4frac12 ( pentru prăjini de foraj cu

RSSUC cu diametrul nominal de 4frac12 DPF = 4frac12) cu diametrul interior de 1214 mm (ceea ce

icircnseamnă că se utilizează pentru prăjini cu capetele fie cu II fie cu IEI (conform tabelului 85 cap

8) şi cu sarcina maximă de lucru de 250 tf cu masa mEl=1828kg conform NR 05-1018R STEROM

SA

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

ELpF= mEl middot g (253)

GEl = 1828 kg middot 981 ms2 = 18 kN

36Alegerea chiolbasilor

Chiolbaşii (Ch) (bdquothe drilling linksrdquo bdquoelevator linksrdquo icircn lb en) denumiţi şi bdquobraţele de

elevatorrdquo sunt scule de foraj care fac legătura icircntre cacircrlig şi elevator fiind utilizaţi icircn timpul

manevrei garniturii de foraj (GarF) şi coloanelor de burlane (CB)

Ei se agaţă cu ochiurile superioare de umerii cacircrligului şi susţin cu ochiurile lor inferioare

elevatorul prin umerii acestuia (vezi fig 361) Astfel sarcina datorată GarF sau CB este

preluată prin intermediul elevatorului de către Ch care o transmit cacircrligului [1]

55

Fig 361 Ansamblul format din macara-cacircrlig chiolbaşi şi elevator icircncare este susţinută garnitura de foraj icircn timpul manevrei acesteia

Din punct de vedere al sarcinii de lucru exista 3 tipuri de chiolbasi

1 Usor (sarcini mici)

2 Mediu (sarcini medii)

3 Greu (sarcini mari)

Tipul usor are forma de za alungita iar cel mediu si greu ndash de bara prevazuta la ambele capete cu

ochiuri

Chiolbasii se executa prin forjare in matrita dintr-o singura bucata de otel slab aliat de

constructii pentru a se asigura o rezistenta mare atat prin fibrajul obtinut prin procedeul tehnologic

respective cat si prin compozitie si prin TT folosit

Fig 362 Diferite tipuri de chiolbaşi

Alegerea chiolbasilor se face in functie de sarcina de lucru si de lungimea nominala

Fig 363 Tipurile de chiolbaşi şi dimensiunile lor principale a ndash chiolbaş de tipul uşor b ndash chiolbaş de tipul mediu c ndash chiolbaş de tipul greu C2 ndash raza de curbură interioară a ochiului superior G1 ndash raza de curbură interioară a ochiului

56

inferior D2 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului superior cu umărul cacircrligului H1 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului inferior cu umărul elevatorului d d1 ndash diametrul barei L ndash lungimea de lucru (dintre

punctele de sprijin pe umărul cacircrligului şi pe umărul elevatorului)

Conform normelor prevazute pentru F200-2DH se aleg chiolbasi de tip greu serie Chiolbaşi 69 x 2100 x 320

Gama de sarcini Fch = 320 tf perDimensiuni principale- d1 = 85 mm- C2 = 108 mm

- G1 =70 mm- D2 = 34 mm - H1 = 345 mm- Lungimea totala Lch = 2100 mm- Masa netă informativă mch = 247 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (36)

GCh = 247 kg middot 981 ms2 = 243 kN

37Alegerea cablului de manevra

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

1 la manevră cablul de manevră sau de foraj

2 la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcărit

3 la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancoră

4 pentru rabaterea turlei cablul de praştie

5 la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electrici

Cablurile 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

57

1 de acelaşi diametru 5 la fire2 de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 371)

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

Fig 371 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

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

1 organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)

2 metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)

3 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 ]

58

Fig 372 Cablarea a ndash icircnfăşurarea spre dreapta b ndash icircnfăşurarea spre stacircngac ndash cablarea icircn cruce stacircnga (ZS) d ndash cablarea icircn cruce dreapta (SZ)e ndash cablarea paralelă dreapta (ZZ) f ndash cablarea paralelă stacircnga (SS)

Alegerea cablului se face pe baza sarcinii sale reale minime de rupere (Srm) astfel icircncacirct să fie satisfăcută condiţia de rezistenţă (vezi [1])

Srm gecM middot FM (37)

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

CM - coeficientul de siguranţă pentru operatiile de tubare si instrumentatie care se accepta egal cu

valoarea 2 conform API Spec9B iar FM ste forta maxima din RA a infasurarii cablului Ea se

determina cu expresia[1]

(372)

in care FM este forta totala care actioneaza asupra ramurilor din cablu z ndash nr de role de la macaraηMminusG - randamentul masinii macara-geamblac la ridicareRandamentul masinii macara-geamblac la ridicare se obtine cu relatia (cf[1])

ηMminusG=β2 ∙Zminus1

2 ∙ Z ∙ β2 ∙Z ∙ ( βminus1 ) (373)

unde β este inversul randamentului unei role

β= 1ηRo

(374)

pentru care se admite valoarea β =104 conform API iar ηRo =096 (API) randament role

59

FM=FM

2sdotzsdotηM minusG

Conform tipului de ansamblu MC ales z =5 Atunci rezultă

ηMminusG =

1 04225minus12sdot5sdot1 042sdot5 (1 04minus1 )

=0 811

Forţa F M se calculează cu expresia (conform [1])

FM =F M +GoTsdot(1+

ac(M )

g )

(375)

unde FM

este sarcina maxima utila la carlig GoT - greutatea moarta la tubare g- acceleratia

gravitationala g= 981 ms2 ac(M )

- acceleratia miscarii carligului are valori cuprinse in domeniul

[0515]∙ ms2

Greutatea moartă la tubare se determină ţinacircnd cont de greutatea elementelor ansamblului

MC a chiolbaşilor (Ch) a elevatorului cu pene (ElP) şi a ramurilor de cablu dintre macara şi

geamblac

GoT =

GMC+G ch+GEl P+GCM

(376)

Deoarece la acest moment nu se cunoaşte tipodimensiunea cablului şi ca urmare masa sa unitară se face aproximaţia

GoT iquestGMC+G ch+GEl P (377)

rezulta

GOT=8446 kN+243kN+20601 kN=1075 kN

Ştiind tipul IF se determină

FM

=200tf= 200∙981 =1962kNSe accepta

ac(M )=1 m s2

si se obtine

FM =1962 kN+107 5 kNsdot(1+ 19 81 )=2080 46 kN

60

Se calculeaza

F =

2080 46 kN2sdot5sdot0 811

=256 531 kN

Se determină sarcina reală minimă de rupere necesară a cablului cu formula

Srmnec gecM middot FM (378)

c M=2 ( conform API) si rezulta

Srmnec =2∙256531kN=513062kN

Se alege un cablu Seale cu o măsură a lui Srm astfel icircncacirct să fie icircndeplinită condiţia următoare

Sr mgtSr m nec

(379)

Ca urmare din [1] tabelul 52 se constată că se poate alege

Cablu Seale 6x19-32-1570 SZ STAS1689-80

caracterizat prin

nT=6 nr toroane

n f=19=1+9+9 nr fire din fiecare torondc=32 mm diametrul nominalRm=1570 MPa rezistenta minima de rupere a sarmelorSr m=531 32 kN sarcina reala minima de rupered0=3 mm diametrul sarmelor centraled1=1 45 mm diametrul sarmelor intermediared2=26 mm diametrul sarmelor exterioarem1 C=3 89 kg m masa unitara

Tipul cablării cruce dreapta (SZ) adică sensul de icircnfăşurare a firelor icircn toron este spre stanga(S) iar sensul de icircnfăşurare a toroanelor icircn cablu este spre dreapta (Z)Sr m=531 32gtSr nec=513 062 kN

Deci conditiaSr mgtSr nec este satisfacuta

Se reia calculul pentru verificare

61

Trebuie sa recalculam FM tinand cont si de greutatea cablului GCM

GCM =2sdotzsdotlr CM(M ) sdotqc (3710)

qc - greutatea unitara a cabluluiqc =m1 Csdotg (3711)

qc =3 89 kg msdot9 81 m s2=38 161 N mlr CM(M ) =(15 m+lp )+sminuslb (3712)

lr CM(M )

=(15 m+27 m)+65 mminus9 m=26 m

in care s=65m ndash spatiu de siguranta lb=9m lungimea unui burlanlp=27m lungimea pasului

GCM=2sdot5sdot26 msdot38 161 N m=9 922 kN

GoT=107 5 kN+9 922kN=117 422kN

Pentru IF F200-2DH vom avea

F =

2091 413 kN2sdot5sdot0 811

=257 88 kN

c M=Sr m

F c M=531 32kN

257 88 kN=2 06gtc=2

Tabelul 375 Parametrii caracteristici ai cablurilor Seale 6 x 19 conform STAS 1689-80

38 Alegerea troliului de foraj

62

FN=200sdot9 81kN+117 442kN (1+ 19 81

)=2091 413kN

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

22 Instalatie de uscare aer 15 1 15

23 Instalatie iluminat normal 18 1 18

24 Instalatie iluminat siguranta 08 1 08

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

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

PCsAF = 5928 kW

icircn care PCsAF este puterea consumatorilor auxiliari de forţă

24 Calculul puterii instalate

Puterea instalata a IF (Prsquo) reprezinta puterea motoarelor utilizate pentru actionarea

antoarelor principale a celor auxiliare si pentru actionarea celorlalte utilaje si instalatii folosite

pentru executarea diverselor operatii auxiliare

Prsquo = P + PCsAF (241)

P = n Pn (242)

Pn-Puterea nominala a motorului MB820 Pn= 655 kW

n-numarul de motoare folosite

P = (2+2) ∙ PnP = (2 + 2) 655kW = 2620 kW

Prsquo= 2620 kW + 5928 kW = 32128 kW

25 ConcluziiIn capitolul 2 s-au ales grupurile de actionare Alegerea s-a facut pe baza analizei

parametrilor motoarelor si caracteristicile acestora s-a evidentiat modul de utilizare al acestor

grupuri de actionare astfel incat sa fie satisfacute conditiile de tehnologicitate si economicitate

Acest lucru s-a facut pentru a obtine niste parametri de lucru cat se poate eficienti si economici

deoarece in cazul neindeplinirii uneia din conditii se pot intampla atat stagnari ale procesului

normal de foraj (uneori poate chiar si cu consecinte catastrofale) cat si pierderi financiare mari

42

3 ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ SI PREZENTAREA PARAMETRILOR SI CARACTERISTICILOR LOR

31Alegerea capului hidraulic

Fig31 Secţiune prin CH (reprezentare schematică (a) şi reprezentare constructivă (b))1 ndash corp (oală) 2 ndash bolţ 3 ndash toartă (biglu) 4 10 ndash rulment cu role cilindrice (de ghidare) 5 11 ndash garnituri de

etanşare 6 ndash rulment axial principal cu role conice 7 ndash fus 8 ndash reducţie 9 ndash rulment axial secundar cu bile 12 ndash felinar (capac) 13 ndash lulea 14 ndash piuliţă inferioară 15 ndash ţeavă de spălare 16 ndash cutie de etanşare 17 ndash etanşarea icircntre

partea superioară a ţevii de spălare şi lulea 18 ndash piuliţă superioară 19 ndash şuruburi de fixare

Capul hidraulic [1] (CH) este un utilaj care face parte din ansamblul de antrenare a GarF

El reprezinta nodul de legatura intre cele trei echipamente principale (EqPr) ale IF echipamentul

de circulatie (EqC) echipamentul de rotatie (EqR) si de manevra (EqM)

CH este suspendat in ciocul cirligului triplex cu ajutorul toartei sale La randul sau CH sustine

garnitura de foraj prin intermediul reductiei de legatura si al prajinii de antrenare De luleaua CH

se monteaza furtunul de noroi

43

Ca urmare functiunile CH sunt

1 Sustinerea GarF in timpul forajului

2 Permiterea rotatiei GarF

3 Conducerea fluidului de forajsub presiunede la FN la PA prin lulea teava de spalare

fus si RLCHin cazul circulatiei directe

Marimile fizice principale ale CH1 marimile functionale

- sarcina de lucru maxima

- turatia maxima a fusului

- presiunea maxima a fluidului de foraj

2 marimile dimensional-constructive

- diametrul interior al tevii de spalare

- tipo-dimensiulnile de legatura

3 marimile de anduranta

- sarcina limitacapacitatea in functie de rulmentul principal

- durabilitatea rulmentului principal

- durabilitatea etansarii tevii de spalare

Fig 31 Capul hidraulic (CH) montat icircn ciocul cacircrligului icircn timpul forajului

Alegerea capului hidraulic se face pe baza sarcinii maxime de lucru (FCH M

) si trebuie sa echipeze instalatia de foraj F200-2DH [1]

44

FCH M

geF M

(31)

FM =200 tf

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

(32)

Capetele hidraulice construite icircn Romacircnia sunt tipizate conform SR 5736 [66] care este

elaborat icircn concordanţă cu API Spec 8A [67] şi API Spec 8C [68]

Din tab 62 Cap 6 6 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH ndash 320 (ndash40degC) SR 5736

necesar instalaţiei de foraj alese F200

CHndash320 (ndash40degC) SR 5736 este un cap hidraulic echipat cu rulment axial-oscilant cu role

butoi cu sarcina maximă de lucru de 320tf care lucrează icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash

40degC

Conform SR 5736 acest tip de CH se caracterizează şi prin

Sarcina limită sau capacitatea maximă icircn funcţie de rulmentul principal FRLCH=147tf

pM = 35MPa nM = 300 rotmin di = 762 mm LP 4 (filetul de legătură al lulelei cu FF) 6⅝

REG LH (filetul de legătură cu RLCH)

32Alegerea ansamblului macara carlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 32 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]

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia [1]

FMC ge FCM (321)

Din tab32 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32-1250 MC -300 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii

45

Tabel 31 Caracteristicile Ansamblului Macara-Carlig

Tabelul 32 Tipurile de macarale-cacircrlig construite icircn Romacircnia şi caracteristicile lor (cf [69])

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (32)

GMC =8610t middot 981 ms2 = 84464 kN

46

UnMas F200Denumire 5-32MC-300

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300

Nr Roti manevra - 5

Diam cablului mm 32

Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140

Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in f-ie de rulmenti US tonf 347

Masa t 8610

Fig 32 Construcţia ansamblului-cacircrlig mono-bloc 1 ndash cacircrlig triplex 2 ndash bolţ 3 ndash pahar şi rulment axial 4 ndash tijă 5ndash piston 6 ndash arcuri de destindere 7 ndash piesă de legătură icircntre ansamblul cacircrligului şi macara 8 ndash axul macaralei 9 ndash role 10 ndash rulmenţii macaralei 11 ndash plăci laterale

33Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul de foraj reprezinta partea fixa a masinii macara-geamblac Se monteaza in

grupul mastului pe grinzi numite coroana geamblacului Este format dintr-un ax pe care se

monteaza un anumit numar de role (z+1) prin intermediul unor rulmenti Fiecare rola se misca

independent de celelalte (z-numarul de role de la macara) [1]

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

-geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţie romacircnească Avantajul acestui tip

constructiv este acela că este o construcţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

- 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

47

c geamblacul de foraj din două blocuri

- geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se pot roti şi interschimba asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

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

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

a geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

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

b geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

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 ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia [1]

Fig 331 Geamblac cu o roata separata

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 332

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

Alegerea geamblacului de foraj se face in functie de sarcina de lucru maxima de diametrul cablului utilizat de tipul cablului de manevra de tipul macaralei respectiv de tipul ansamblului macara-carlig

48

Pentru instalatia F200-2DH se alege unul din geamblacurile tipizate care sa indeplineasca cerintele impuse

Fig 33 2Geamblac monobloc 1 ndash suport (prin care GF se montează prin şuruburi de coroană ramă) 2ndash ax 3 ndash rolă roată 4 ndash rulment radial-axial cu role conice pe două racircnduri 5 ndash disc distanţier 6 ndash bucşă distanţieră 7 ndash ungător cu bilă (folosit pentru ungerea consistentă a rulmenţilor) (canalele de ungere sunt practicate icircn plan orizontal) 8 ndash placă de presare 9 ndash apărătoare

Pentru instalatia de foraj F 200 se va folosi un geamblac A 6 -32-1250GF-300 (-400C)(vezi [1] cap 54 tab56)adica geamblac de foraj cu 6 roţi role pe ax cu diametrul cablului de manevră de 32 mm

diametrul exterior al rolei de 1250 mm sarcina maximă de lucru 300tfşi temperatura de lucru de ndash

40degC Din tabelul 56 Cap 5 [1]se observă că acest tip de geamblac face parte din clasa

echipamentului (de manevră) 450

Tabel 33 Caracteristicile GeamblaculuiUnMas

Denumire 6-32GF-300Sarcina maxima la coroana geamblacului tf 400

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300Nr Roti manevra - 6

Diam cablului mm 32Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in functie de rulmenti US tonf 416Masa t 28

49

34Alegerea elevatorului 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

Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane de tubare (B-ElPCB) (bdquocasing slip

elevator-spiderrdquo icircn lb en) este o sculă de manevră care se foloseşte icircn timpul tubării puţurilor

atacirct pentru susţinerea coloanei de burlane (CB) ca broască cu pene aşezată pe masa rotativă

(MR) cacirct şi pentru săltarea din penele broaştei şi introducerea coloanei icircn puţ ca elevator (cu

pene) Deci aceste scule se folosesc icircn pereche icircn timpul tubării puţurilor una aşezată pe MR

susţine CB prin icircmpănare icircndeplinind funcţia de broască cu pene (vezi fig 341) iar cealaltă

care este susţinută icircn chiolbaşi avacircnd rolul de elevator (cu pene) se prinde tot prin icircmpănare pe

burlanul care s-a adăugat prin icircnşurubare la coloană saltă CB din broasca cu pene şi o susţine icircn

timpul introducerii ei icircn sondă (vezi fig 342)

Fig 342 Tragerea burlanului pe jilip cu ajutorul unui elevator de tras burlane pentru a fi icircnşurubat icircn

coloana susţinută icircn broasca cu pene

50

Fig 343 Varianta de elevator (cu pene) (cu inel ridicător) a broaştei-elevator cu pene cu două semicorpuri care este susţinută icircn ochiurile inferioare ale chiolbaşilor (11) icircn timpul introducerii coloanei de burlane (12) icircn puţul care se tubează 1 ndash corp carcasă 2 ndash umăr 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă de siguranţă 5 ndash corp de pană 6 ndash bacuri 7 ndash pacirclnie de ghidare 8 ndash cadru ridicător 9 ndash icircmpingătoare 10 ndash mecanism cu pacircrghii de ridicare

Din punct de vedere funcţional se deosebesc tipurile bull broască cu pene (BP) bull elevator cu pene (ElP)

Fig344 Broasca-elevator cu pene

51

In figura 344 este reprezentata Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane (broasca cu pene icircn partea de sus stanga elevatorul cu pene icircn partea dreapta şi vedere de sus a elevatorului cu pene icircn partea de jos) 1ndash corp 2ndash umăr braţ superior 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă (siguranţă pentru chiolbaşi) 5 ndash poartă uşă 6 ndash pene 7 ndash bacuri 8 ndash placă de sprijin (pe masa rotativă) 9 ndash guler de protecţie şi ghidare 10 ndash pacirclnie de ghidare HB ndash icircnălţimea broaştei cu pene HE ndash icircnălţimea elevatorului cu pene l ndash lăţimea broaştei-elevator

Alegerea elevatorului cu pene se face din conditiile urmatoare

FPgtFCBM

(341)

unde

FPleFBminusEl PCB

(342)

Studiind oferta companiei STEROM SA Cacircmpina conform ([1] cap 8 tab88) se alege un elevator cu pene de tipul

B-ElPCB 4frac12 ndash 13⅜ in x 350 ts (9⅝ x 275 ts x 8⅝) (ndash 45ordmC)

icircnseamnă broască-elevator destinată utilizării pentru burlane cu diametrul nominal cuprins

icircntre 4frac12 in şi 13⅜ in (inclusiv) cu sarcina nominală (sarcina maximă de lucru) de 350 ts (320tf)

echipată cu pene set de pene de 958 in cu sarcina nominală (maximă de lucru) de 275 ts (250 tf)

icircn care sunt montate bacuri de 858 in adică această broască-elevator este echipată pentru susţinerea

unei CB de 858 care determină icircn timpul manevrei ei o sarcină maximă la cacircrlig de cel mult 275ts

(250 tf) Ea este executată să lucreze icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash 45 ordmC

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

21t∙981ms2 =20601kN

35 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatorul pentru prăjini de foraj (ElPF) (bdquodrill pipe elevatorrdquo icircn lb en) este o sculă de

manevră care se foloseşte pentru susţinerea garniturii de foraj (GarF) icircn timpul extragerii şi

introducerii ei icircn sondă El prinde sub mufa PF şi este agăţat prin umerii săi icircn ochiurile

inferioare ale chiolbaşilor

ElPF se compune din

52

ndash două corpuri articulate care se icircnchid pe PF prevăzute cu cacircte un umăr cu care se suspendă icircn

ochiurile inferioare (mici) ale chiolbaşilor

ndash icircnchizatorul celor două corpuri

ndash eclise cu bolţuri prinse icircn umeri pentru asigurarea contra ieşirii chiolbaşilor

Elevatoarele se deosebesc prin forma lor modul de icircnchidere a celor două corpuri şi forma

suprafeţei de rezemare a prăjinilor

Din punctul de vedere al icircnchiderii se diferenţiază

ndash ElPF cu icircnchidere centrală (ElPFIcircC)

ndash ElPF cu icircnchidere laterală (ElPFIcircL)

După forma suprafeţei de sprijin al PF se disting

ndash ElPF cu scaun drept (ELPFSD) deci cu suprafaţă de rezemare dreaptă folosite pentru

manevrarea prăjinilor de foraj cu racorduri speciale sudate cu umăr drept (RSSUD) sau cu

racorduri icircnfiletate [1]

Fig 351 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun conic

ndash ElPF cu scaun conic (ElPFSC) care dispun de o suprafaţă de rezemare interioară tronconică cu unghiul de icircnchidere standardizat de 18deg ca şi mufele racordurilor speciale sudate cu umăr conic (RSSUC)

53

Fig 352 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun dreptElevatoarele sunt tipizate prescripţiile generale fiind prevăzute de API Spec 8A [85] şi

Spec 8C [86] Icircn fig 88 este reprezentat un ElPF cu scaun conic iar icircn fig 89 un ElPF cu scaun

drept

In figura 34 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic

Fig 34 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Alegerea elevatorului pentru prajini se face in functie de tipul prajinilor de foraj

1 Daca prajinile sunt cu recorduri speciale infiletate atunci cu scaun drept

2 Daca prajinile sunt cu racorduri speciale sudate atunci cu scaun conic

La alegerea elevatorului trebuie indeplinita conditia

FElgtFGar FMn

(sarcina normala utila de la carlig) (351)

icircn care FGar FM

este sarcina maximă care apare icircn timpul manevrării garniturii pacircnă la adacircncimea

maximă de foraj a puţului respectiv

54

Pentru că prăjinile de foraj sunt cu RSSUC si FGar FM

=122863kN conform tabelului 85

[1] cap 8 se alege un elevator cu scaun conic cu urmatoarea nominalizare

Elevator cu scaun conic 4frac12 x 1214 x 250 adica

elevator cu scaun conic cu dimensiunea nominală de 4frac12 ( pentru prăjini de foraj cu

RSSUC cu diametrul nominal de 4frac12 DPF = 4frac12) cu diametrul interior de 1214 mm (ceea ce

icircnseamnă că se utilizează pentru prăjini cu capetele fie cu II fie cu IEI (conform tabelului 85 cap

8) şi cu sarcina maximă de lucru de 250 tf cu masa mEl=1828kg conform NR 05-1018R STEROM

SA

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

ELpF= mEl middot g (253)

GEl = 1828 kg middot 981 ms2 = 18 kN

36Alegerea chiolbasilor

Chiolbaşii (Ch) (bdquothe drilling linksrdquo bdquoelevator linksrdquo icircn lb en) denumiţi şi bdquobraţele de

elevatorrdquo sunt scule de foraj care fac legătura icircntre cacircrlig şi elevator fiind utilizaţi icircn timpul

manevrei garniturii de foraj (GarF) şi coloanelor de burlane (CB)

Ei se agaţă cu ochiurile superioare de umerii cacircrligului şi susţin cu ochiurile lor inferioare

elevatorul prin umerii acestuia (vezi fig 361) Astfel sarcina datorată GarF sau CB este

preluată prin intermediul elevatorului de către Ch care o transmit cacircrligului [1]

55

Fig 361 Ansamblul format din macara-cacircrlig chiolbaşi şi elevator icircncare este susţinută garnitura de foraj icircn timpul manevrei acesteia

Din punct de vedere al sarcinii de lucru exista 3 tipuri de chiolbasi

1 Usor (sarcini mici)

2 Mediu (sarcini medii)

3 Greu (sarcini mari)

Tipul usor are forma de za alungita iar cel mediu si greu ndash de bara prevazuta la ambele capete cu

ochiuri

Chiolbasii se executa prin forjare in matrita dintr-o singura bucata de otel slab aliat de

constructii pentru a se asigura o rezistenta mare atat prin fibrajul obtinut prin procedeul tehnologic

respective cat si prin compozitie si prin TT folosit

Fig 362 Diferite tipuri de chiolbaşi

Alegerea chiolbasilor se face in functie de sarcina de lucru si de lungimea nominala

Fig 363 Tipurile de chiolbaşi şi dimensiunile lor principale a ndash chiolbaş de tipul uşor b ndash chiolbaş de tipul mediu c ndash chiolbaş de tipul greu C2 ndash raza de curbură interioară a ochiului superior G1 ndash raza de curbură interioară a ochiului

56

inferior D2 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului superior cu umărul cacircrligului H1 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului inferior cu umărul elevatorului d d1 ndash diametrul barei L ndash lungimea de lucru (dintre

punctele de sprijin pe umărul cacircrligului şi pe umărul elevatorului)

Conform normelor prevazute pentru F200-2DH se aleg chiolbasi de tip greu serie Chiolbaşi 69 x 2100 x 320

Gama de sarcini Fch = 320 tf perDimensiuni principale- d1 = 85 mm- C2 = 108 mm

- G1 =70 mm- D2 = 34 mm - H1 = 345 mm- Lungimea totala Lch = 2100 mm- Masa netă informativă mch = 247 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (36)

GCh = 247 kg middot 981 ms2 = 243 kN

37Alegerea cablului de manevra

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

1 la manevră cablul de manevră sau de foraj

2 la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcărit

3 la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancoră

4 pentru rabaterea turlei cablul de praştie

5 la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electrici

Cablurile 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

57

1 de acelaşi diametru 5 la fire2 de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 371)

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

Fig 371 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

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

1 organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)

2 metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)

3 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 ]

58

Fig 372 Cablarea a ndash icircnfăşurarea spre dreapta b ndash icircnfăşurarea spre stacircngac ndash cablarea icircn cruce stacircnga (ZS) d ndash cablarea icircn cruce dreapta (SZ)e ndash cablarea paralelă dreapta (ZZ) f ndash cablarea paralelă stacircnga (SS)

Alegerea cablului se face pe baza sarcinii sale reale minime de rupere (Srm) astfel icircncacirct să fie satisfăcută condiţia de rezistenţă (vezi [1])

Srm gecM middot FM (37)

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

CM - coeficientul de siguranţă pentru operatiile de tubare si instrumentatie care se accepta egal cu

valoarea 2 conform API Spec9B iar FM ste forta maxima din RA a infasurarii cablului Ea se

determina cu expresia[1]

(372)

in care FM este forta totala care actioneaza asupra ramurilor din cablu z ndash nr de role de la macaraηMminusG - randamentul masinii macara-geamblac la ridicareRandamentul masinii macara-geamblac la ridicare se obtine cu relatia (cf[1])

ηMminusG=β2 ∙Zminus1

2 ∙ Z ∙ β2 ∙Z ∙ ( βminus1 ) (373)

unde β este inversul randamentului unei role

β= 1ηRo

(374)

pentru care se admite valoarea β =104 conform API iar ηRo =096 (API) randament role

59

FM=FM

2sdotzsdotηM minusG

Conform tipului de ansamblu MC ales z =5 Atunci rezultă

ηMminusG =

1 04225minus12sdot5sdot1 042sdot5 (1 04minus1 )

=0 811

Forţa F M se calculează cu expresia (conform [1])

FM =F M +GoTsdot(1+

ac(M )

g )

(375)

unde FM

este sarcina maxima utila la carlig GoT - greutatea moarta la tubare g- acceleratia

gravitationala g= 981 ms2 ac(M )

- acceleratia miscarii carligului are valori cuprinse in domeniul

[0515]∙ ms2

Greutatea moartă la tubare se determină ţinacircnd cont de greutatea elementelor ansamblului

MC a chiolbaşilor (Ch) a elevatorului cu pene (ElP) şi a ramurilor de cablu dintre macara şi

geamblac

GoT =

GMC+G ch+GEl P+GCM

(376)

Deoarece la acest moment nu se cunoaşte tipodimensiunea cablului şi ca urmare masa sa unitară se face aproximaţia

GoT iquestGMC+G ch+GEl P (377)

rezulta

GOT=8446 kN+243kN+20601 kN=1075 kN

Ştiind tipul IF se determină

FM

=200tf= 200∙981 =1962kNSe accepta

ac(M )=1 m s2

si se obtine

FM =1962 kN+107 5 kNsdot(1+ 19 81 )=2080 46 kN

60

Se calculeaza

F =

2080 46 kN2sdot5sdot0 811

=256 531 kN

Se determină sarcina reală minimă de rupere necesară a cablului cu formula

Srmnec gecM middot FM (378)

c M=2 ( conform API) si rezulta

Srmnec =2∙256531kN=513062kN

Se alege un cablu Seale cu o măsură a lui Srm astfel icircncacirct să fie icircndeplinită condiţia următoare

Sr mgtSr m nec

(379)

Ca urmare din [1] tabelul 52 se constată că se poate alege

Cablu Seale 6x19-32-1570 SZ STAS1689-80

caracterizat prin

nT=6 nr toroane

n f=19=1+9+9 nr fire din fiecare torondc=32 mm diametrul nominalRm=1570 MPa rezistenta minima de rupere a sarmelorSr m=531 32 kN sarcina reala minima de rupered0=3 mm diametrul sarmelor centraled1=1 45 mm diametrul sarmelor intermediared2=26 mm diametrul sarmelor exterioarem1 C=3 89 kg m masa unitara

Tipul cablării cruce dreapta (SZ) adică sensul de icircnfăşurare a firelor icircn toron este spre stanga(S) iar sensul de icircnfăşurare a toroanelor icircn cablu este spre dreapta (Z)Sr m=531 32gtSr nec=513 062 kN

Deci conditiaSr mgtSr nec este satisfacuta

Se reia calculul pentru verificare

61

Trebuie sa recalculam FM tinand cont si de greutatea cablului GCM

GCM =2sdotzsdotlr CM(M ) sdotqc (3710)

qc - greutatea unitara a cabluluiqc =m1 Csdotg (3711)

qc =3 89 kg msdot9 81 m s2=38 161 N mlr CM(M ) =(15 m+lp )+sminuslb (3712)

lr CM(M )

=(15 m+27 m)+65 mminus9 m=26 m

in care s=65m ndash spatiu de siguranta lb=9m lungimea unui burlanlp=27m lungimea pasului

GCM=2sdot5sdot26 msdot38 161 N m=9 922 kN

GoT=107 5 kN+9 922kN=117 422kN

Pentru IF F200-2DH vom avea

F =

2091 413 kN2sdot5sdot0 811

=257 88 kN

c M=Sr m

F c M=531 32kN

257 88 kN=2 06gtc=2

Tabelul 375 Parametrii caracteristici ai cablurilor Seale 6 x 19 conform STAS 1689-80

38 Alegerea troliului de foraj

62

FN=200sdot9 81kN+117 442kN (1+ 19 81

)=2091 413kN

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

3 ALEGEREA PRINCIPALELOR UTILAJE ALE INSTALATIEI DE FORAJ SI PREZENTAREA PARAMETRILOR SI CARACTERISTICILOR LOR

31Alegerea capului hidraulic

Fig31 Secţiune prin CH (reprezentare schematică (a) şi reprezentare constructivă (b))1 ndash corp (oală) 2 ndash bolţ 3 ndash toartă (biglu) 4 10 ndash rulment cu role cilindrice (de ghidare) 5 11 ndash garnituri de

etanşare 6 ndash rulment axial principal cu role conice 7 ndash fus 8 ndash reducţie 9 ndash rulment axial secundar cu bile 12 ndash felinar (capac) 13 ndash lulea 14 ndash piuliţă inferioară 15 ndash ţeavă de spălare 16 ndash cutie de etanşare 17 ndash etanşarea icircntre

partea superioară a ţevii de spălare şi lulea 18 ndash piuliţă superioară 19 ndash şuruburi de fixare

Capul hidraulic [1] (CH) este un utilaj care face parte din ansamblul de antrenare a GarF

El reprezinta nodul de legatura intre cele trei echipamente principale (EqPr) ale IF echipamentul

de circulatie (EqC) echipamentul de rotatie (EqR) si de manevra (EqM)

CH este suspendat in ciocul cirligului triplex cu ajutorul toartei sale La randul sau CH sustine

garnitura de foraj prin intermediul reductiei de legatura si al prajinii de antrenare De luleaua CH

se monteaza furtunul de noroi

43

Ca urmare functiunile CH sunt

1 Sustinerea GarF in timpul forajului

2 Permiterea rotatiei GarF

3 Conducerea fluidului de forajsub presiunede la FN la PA prin lulea teava de spalare

fus si RLCHin cazul circulatiei directe

Marimile fizice principale ale CH1 marimile functionale

- sarcina de lucru maxima

- turatia maxima a fusului

- presiunea maxima a fluidului de foraj

2 marimile dimensional-constructive

- diametrul interior al tevii de spalare

- tipo-dimensiulnile de legatura

3 marimile de anduranta

- sarcina limitacapacitatea in functie de rulmentul principal

- durabilitatea rulmentului principal

- durabilitatea etansarii tevii de spalare

Fig 31 Capul hidraulic (CH) montat icircn ciocul cacircrligului icircn timpul forajului

Alegerea capului hidraulic se face pe baza sarcinii maxime de lucru (FCH M

) si trebuie sa echipeze instalatia de foraj F200-2DH [1]

44

FCH M

geF M

(31)

FM =200 tf

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

(32)

Capetele hidraulice construite icircn Romacircnia sunt tipizate conform SR 5736 [66] care este

elaborat icircn concordanţă cu API Spec 8A [67] şi API Spec 8C [68]

Din tab 62 Cap 6 6 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH ndash 320 (ndash40degC) SR 5736

necesar instalaţiei de foraj alese F200

CHndash320 (ndash40degC) SR 5736 este un cap hidraulic echipat cu rulment axial-oscilant cu role

butoi cu sarcina maximă de lucru de 320tf care lucrează icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash

40degC

Conform SR 5736 acest tip de CH se caracterizează şi prin

Sarcina limită sau capacitatea maximă icircn funcţie de rulmentul principal FRLCH=147tf

pM = 35MPa nM = 300 rotmin di = 762 mm LP 4 (filetul de legătură al lulelei cu FF) 6⅝

REG LH (filetul de legătură cu RLCH)

32Alegerea ansamblului macara carlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 32 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]

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia [1]

FMC ge FCM (321)

Din tab32 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32-1250 MC -300 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii

45

Tabel 31 Caracteristicile Ansamblului Macara-Carlig

Tabelul 32 Tipurile de macarale-cacircrlig construite icircn Romacircnia şi caracteristicile lor (cf [69])

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (32)

GMC =8610t middot 981 ms2 = 84464 kN

46

UnMas F200Denumire 5-32MC-300

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300

Nr Roti manevra - 5

Diam cablului mm 32

Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140

Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in f-ie de rulmenti US tonf 347

Masa t 8610

Fig 32 Construcţia ansamblului-cacircrlig mono-bloc 1 ndash cacircrlig triplex 2 ndash bolţ 3 ndash pahar şi rulment axial 4 ndash tijă 5ndash piston 6 ndash arcuri de destindere 7 ndash piesă de legătură icircntre ansamblul cacircrligului şi macara 8 ndash axul macaralei 9 ndash role 10 ndash rulmenţii macaralei 11 ndash plăci laterale

33Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul de foraj reprezinta partea fixa a masinii macara-geamblac Se monteaza in

grupul mastului pe grinzi numite coroana geamblacului Este format dintr-un ax pe care se

monteaza un anumit numar de role (z+1) prin intermediul unor rulmenti Fiecare rola se misca

independent de celelalte (z-numarul de role de la macara) [1]

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

-geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţie romacircnească Avantajul acestui tip

constructiv este acela că este o construcţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

- 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

47

c geamblacul de foraj din două blocuri

- geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se pot roti şi interschimba asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

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

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

a geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

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

b geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

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 ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia [1]

Fig 331 Geamblac cu o roata separata

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 332

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

Alegerea geamblacului de foraj se face in functie de sarcina de lucru maxima de diametrul cablului utilizat de tipul cablului de manevra de tipul macaralei respectiv de tipul ansamblului macara-carlig

48

Pentru instalatia F200-2DH se alege unul din geamblacurile tipizate care sa indeplineasca cerintele impuse

Fig 33 2Geamblac monobloc 1 ndash suport (prin care GF se montează prin şuruburi de coroană ramă) 2ndash ax 3 ndash rolă roată 4 ndash rulment radial-axial cu role conice pe două racircnduri 5 ndash disc distanţier 6 ndash bucşă distanţieră 7 ndash ungător cu bilă (folosit pentru ungerea consistentă a rulmenţilor) (canalele de ungere sunt practicate icircn plan orizontal) 8 ndash placă de presare 9 ndash apărătoare

Pentru instalatia de foraj F 200 se va folosi un geamblac A 6 -32-1250GF-300 (-400C)(vezi [1] cap 54 tab56)adica geamblac de foraj cu 6 roţi role pe ax cu diametrul cablului de manevră de 32 mm

diametrul exterior al rolei de 1250 mm sarcina maximă de lucru 300tfşi temperatura de lucru de ndash

40degC Din tabelul 56 Cap 5 [1]se observă că acest tip de geamblac face parte din clasa

echipamentului (de manevră) 450

Tabel 33 Caracteristicile GeamblaculuiUnMas

Denumire 6-32GF-300Sarcina maxima la coroana geamblacului tf 400

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300Nr Roti manevra - 6

Diam cablului mm 32Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in functie de rulmenti US tonf 416Masa t 28

49

34Alegerea elevatorului 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

Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane de tubare (B-ElPCB) (bdquocasing slip

elevator-spiderrdquo icircn lb en) este o sculă de manevră care se foloseşte icircn timpul tubării puţurilor

atacirct pentru susţinerea coloanei de burlane (CB) ca broască cu pene aşezată pe masa rotativă

(MR) cacirct şi pentru săltarea din penele broaştei şi introducerea coloanei icircn puţ ca elevator (cu

pene) Deci aceste scule se folosesc icircn pereche icircn timpul tubării puţurilor una aşezată pe MR

susţine CB prin icircmpănare icircndeplinind funcţia de broască cu pene (vezi fig 341) iar cealaltă

care este susţinută icircn chiolbaşi avacircnd rolul de elevator (cu pene) se prinde tot prin icircmpănare pe

burlanul care s-a adăugat prin icircnşurubare la coloană saltă CB din broasca cu pene şi o susţine icircn

timpul introducerii ei icircn sondă (vezi fig 342)

Fig 342 Tragerea burlanului pe jilip cu ajutorul unui elevator de tras burlane pentru a fi icircnşurubat icircn

coloana susţinută icircn broasca cu pene

50

Fig 343 Varianta de elevator (cu pene) (cu inel ridicător) a broaştei-elevator cu pene cu două semicorpuri care este susţinută icircn ochiurile inferioare ale chiolbaşilor (11) icircn timpul introducerii coloanei de burlane (12) icircn puţul care se tubează 1 ndash corp carcasă 2 ndash umăr 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă de siguranţă 5 ndash corp de pană 6 ndash bacuri 7 ndash pacirclnie de ghidare 8 ndash cadru ridicător 9 ndash icircmpingătoare 10 ndash mecanism cu pacircrghii de ridicare

Din punct de vedere funcţional se deosebesc tipurile bull broască cu pene (BP) bull elevator cu pene (ElP)

Fig344 Broasca-elevator cu pene

51

In figura 344 este reprezentata Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane (broasca cu pene icircn partea de sus stanga elevatorul cu pene icircn partea dreapta şi vedere de sus a elevatorului cu pene icircn partea de jos) 1ndash corp 2ndash umăr braţ superior 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă (siguranţă pentru chiolbaşi) 5 ndash poartă uşă 6 ndash pene 7 ndash bacuri 8 ndash placă de sprijin (pe masa rotativă) 9 ndash guler de protecţie şi ghidare 10 ndash pacirclnie de ghidare HB ndash icircnălţimea broaştei cu pene HE ndash icircnălţimea elevatorului cu pene l ndash lăţimea broaştei-elevator

Alegerea elevatorului cu pene se face din conditiile urmatoare

FPgtFCBM

(341)

unde

FPleFBminusEl PCB

(342)

Studiind oferta companiei STEROM SA Cacircmpina conform ([1] cap 8 tab88) se alege un elevator cu pene de tipul

B-ElPCB 4frac12 ndash 13⅜ in x 350 ts (9⅝ x 275 ts x 8⅝) (ndash 45ordmC)

icircnseamnă broască-elevator destinată utilizării pentru burlane cu diametrul nominal cuprins

icircntre 4frac12 in şi 13⅜ in (inclusiv) cu sarcina nominală (sarcina maximă de lucru) de 350 ts (320tf)

echipată cu pene set de pene de 958 in cu sarcina nominală (maximă de lucru) de 275 ts (250 tf)

icircn care sunt montate bacuri de 858 in adică această broască-elevator este echipată pentru susţinerea

unei CB de 858 care determină icircn timpul manevrei ei o sarcină maximă la cacircrlig de cel mult 275ts

(250 tf) Ea este executată să lucreze icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash 45 ordmC

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

21t∙981ms2 =20601kN

35 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatorul pentru prăjini de foraj (ElPF) (bdquodrill pipe elevatorrdquo icircn lb en) este o sculă de

manevră care se foloseşte pentru susţinerea garniturii de foraj (GarF) icircn timpul extragerii şi

introducerii ei icircn sondă El prinde sub mufa PF şi este agăţat prin umerii săi icircn ochiurile

inferioare ale chiolbaşilor

ElPF se compune din

52

ndash două corpuri articulate care se icircnchid pe PF prevăzute cu cacircte un umăr cu care se suspendă icircn

ochiurile inferioare (mici) ale chiolbaşilor

ndash icircnchizatorul celor două corpuri

ndash eclise cu bolţuri prinse icircn umeri pentru asigurarea contra ieşirii chiolbaşilor

Elevatoarele se deosebesc prin forma lor modul de icircnchidere a celor două corpuri şi forma

suprafeţei de rezemare a prăjinilor

Din punctul de vedere al icircnchiderii se diferenţiază

ndash ElPF cu icircnchidere centrală (ElPFIcircC)

ndash ElPF cu icircnchidere laterală (ElPFIcircL)

După forma suprafeţei de sprijin al PF se disting

ndash ElPF cu scaun drept (ELPFSD) deci cu suprafaţă de rezemare dreaptă folosite pentru

manevrarea prăjinilor de foraj cu racorduri speciale sudate cu umăr drept (RSSUD) sau cu

racorduri icircnfiletate [1]

Fig 351 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun conic

ndash ElPF cu scaun conic (ElPFSC) care dispun de o suprafaţă de rezemare interioară tronconică cu unghiul de icircnchidere standardizat de 18deg ca şi mufele racordurilor speciale sudate cu umăr conic (RSSUC)

53

Fig 352 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun dreptElevatoarele sunt tipizate prescripţiile generale fiind prevăzute de API Spec 8A [85] şi

Spec 8C [86] Icircn fig 88 este reprezentat un ElPF cu scaun conic iar icircn fig 89 un ElPF cu scaun

drept

In figura 34 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic

Fig 34 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Alegerea elevatorului pentru prajini se face in functie de tipul prajinilor de foraj

1 Daca prajinile sunt cu recorduri speciale infiletate atunci cu scaun drept

2 Daca prajinile sunt cu racorduri speciale sudate atunci cu scaun conic

La alegerea elevatorului trebuie indeplinita conditia

FElgtFGar FMn

(sarcina normala utila de la carlig) (351)

icircn care FGar FM

este sarcina maximă care apare icircn timpul manevrării garniturii pacircnă la adacircncimea

maximă de foraj a puţului respectiv

54

Pentru că prăjinile de foraj sunt cu RSSUC si FGar FM

=122863kN conform tabelului 85

[1] cap 8 se alege un elevator cu scaun conic cu urmatoarea nominalizare

Elevator cu scaun conic 4frac12 x 1214 x 250 adica

elevator cu scaun conic cu dimensiunea nominală de 4frac12 ( pentru prăjini de foraj cu

RSSUC cu diametrul nominal de 4frac12 DPF = 4frac12) cu diametrul interior de 1214 mm (ceea ce

icircnseamnă că se utilizează pentru prăjini cu capetele fie cu II fie cu IEI (conform tabelului 85 cap

8) şi cu sarcina maximă de lucru de 250 tf cu masa mEl=1828kg conform NR 05-1018R STEROM

SA

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

ELpF= mEl middot g (253)

GEl = 1828 kg middot 981 ms2 = 18 kN

36Alegerea chiolbasilor

Chiolbaşii (Ch) (bdquothe drilling linksrdquo bdquoelevator linksrdquo icircn lb en) denumiţi şi bdquobraţele de

elevatorrdquo sunt scule de foraj care fac legătura icircntre cacircrlig şi elevator fiind utilizaţi icircn timpul

manevrei garniturii de foraj (GarF) şi coloanelor de burlane (CB)

Ei se agaţă cu ochiurile superioare de umerii cacircrligului şi susţin cu ochiurile lor inferioare

elevatorul prin umerii acestuia (vezi fig 361) Astfel sarcina datorată GarF sau CB este

preluată prin intermediul elevatorului de către Ch care o transmit cacircrligului [1]

55

Fig 361 Ansamblul format din macara-cacircrlig chiolbaşi şi elevator icircncare este susţinută garnitura de foraj icircn timpul manevrei acesteia

Din punct de vedere al sarcinii de lucru exista 3 tipuri de chiolbasi

1 Usor (sarcini mici)

2 Mediu (sarcini medii)

3 Greu (sarcini mari)

Tipul usor are forma de za alungita iar cel mediu si greu ndash de bara prevazuta la ambele capete cu

ochiuri

Chiolbasii se executa prin forjare in matrita dintr-o singura bucata de otel slab aliat de

constructii pentru a se asigura o rezistenta mare atat prin fibrajul obtinut prin procedeul tehnologic

respective cat si prin compozitie si prin TT folosit

Fig 362 Diferite tipuri de chiolbaşi

Alegerea chiolbasilor se face in functie de sarcina de lucru si de lungimea nominala

Fig 363 Tipurile de chiolbaşi şi dimensiunile lor principale a ndash chiolbaş de tipul uşor b ndash chiolbaş de tipul mediu c ndash chiolbaş de tipul greu C2 ndash raza de curbură interioară a ochiului superior G1 ndash raza de curbură interioară a ochiului

56

inferior D2 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului superior cu umărul cacircrligului H1 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului inferior cu umărul elevatorului d d1 ndash diametrul barei L ndash lungimea de lucru (dintre

punctele de sprijin pe umărul cacircrligului şi pe umărul elevatorului)

Conform normelor prevazute pentru F200-2DH se aleg chiolbasi de tip greu serie Chiolbaşi 69 x 2100 x 320

Gama de sarcini Fch = 320 tf perDimensiuni principale- d1 = 85 mm- C2 = 108 mm

- G1 =70 mm- D2 = 34 mm - H1 = 345 mm- Lungimea totala Lch = 2100 mm- Masa netă informativă mch = 247 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (36)

GCh = 247 kg middot 981 ms2 = 243 kN

37Alegerea cablului de manevra

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

1 la manevră cablul de manevră sau de foraj

2 la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcărit

3 la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancoră

4 pentru rabaterea turlei cablul de praştie

5 la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electrici

Cablurile 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

57

1 de acelaşi diametru 5 la fire2 de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 371)

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

Fig 371 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

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

1 organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)

2 metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)

3 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 ]

58

Fig 372 Cablarea a ndash icircnfăşurarea spre dreapta b ndash icircnfăşurarea spre stacircngac ndash cablarea icircn cruce stacircnga (ZS) d ndash cablarea icircn cruce dreapta (SZ)e ndash cablarea paralelă dreapta (ZZ) f ndash cablarea paralelă stacircnga (SS)

Alegerea cablului se face pe baza sarcinii sale reale minime de rupere (Srm) astfel icircncacirct să fie satisfăcută condiţia de rezistenţă (vezi [1])

Srm gecM middot FM (37)

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

CM - coeficientul de siguranţă pentru operatiile de tubare si instrumentatie care se accepta egal cu

valoarea 2 conform API Spec9B iar FM ste forta maxima din RA a infasurarii cablului Ea se

determina cu expresia[1]

(372)

in care FM este forta totala care actioneaza asupra ramurilor din cablu z ndash nr de role de la macaraηMminusG - randamentul masinii macara-geamblac la ridicareRandamentul masinii macara-geamblac la ridicare se obtine cu relatia (cf[1])

ηMminusG=β2 ∙Zminus1

2 ∙ Z ∙ β2 ∙Z ∙ ( βminus1 ) (373)

unde β este inversul randamentului unei role

β= 1ηRo

(374)

pentru care se admite valoarea β =104 conform API iar ηRo =096 (API) randament role

59

FM=FM

2sdotzsdotηM minusG

Conform tipului de ansamblu MC ales z =5 Atunci rezultă

ηMminusG =

1 04225minus12sdot5sdot1 042sdot5 (1 04minus1 )

=0 811

Forţa F M se calculează cu expresia (conform [1])

FM =F M +GoTsdot(1+

ac(M )

g )

(375)

unde FM

este sarcina maxima utila la carlig GoT - greutatea moarta la tubare g- acceleratia

gravitationala g= 981 ms2 ac(M )

- acceleratia miscarii carligului are valori cuprinse in domeniul

[0515]∙ ms2

Greutatea moartă la tubare se determină ţinacircnd cont de greutatea elementelor ansamblului

MC a chiolbaşilor (Ch) a elevatorului cu pene (ElP) şi a ramurilor de cablu dintre macara şi

geamblac

GoT =

GMC+G ch+GEl P+GCM

(376)

Deoarece la acest moment nu se cunoaşte tipodimensiunea cablului şi ca urmare masa sa unitară se face aproximaţia

GoT iquestGMC+G ch+GEl P (377)

rezulta

GOT=8446 kN+243kN+20601 kN=1075 kN

Ştiind tipul IF se determină

FM

=200tf= 200∙981 =1962kNSe accepta

ac(M )=1 m s2

si se obtine

FM =1962 kN+107 5 kNsdot(1+ 19 81 )=2080 46 kN

60

Se calculeaza

F =

2080 46 kN2sdot5sdot0 811

=256 531 kN

Se determină sarcina reală minimă de rupere necesară a cablului cu formula

Srmnec gecM middot FM (378)

c M=2 ( conform API) si rezulta

Srmnec =2∙256531kN=513062kN

Se alege un cablu Seale cu o măsură a lui Srm astfel icircncacirct să fie icircndeplinită condiţia următoare

Sr mgtSr m nec

(379)

Ca urmare din [1] tabelul 52 se constată că se poate alege

Cablu Seale 6x19-32-1570 SZ STAS1689-80

caracterizat prin

nT=6 nr toroane

n f=19=1+9+9 nr fire din fiecare torondc=32 mm diametrul nominalRm=1570 MPa rezistenta minima de rupere a sarmelorSr m=531 32 kN sarcina reala minima de rupered0=3 mm diametrul sarmelor centraled1=1 45 mm diametrul sarmelor intermediared2=26 mm diametrul sarmelor exterioarem1 C=3 89 kg m masa unitara

Tipul cablării cruce dreapta (SZ) adică sensul de icircnfăşurare a firelor icircn toron este spre stanga(S) iar sensul de icircnfăşurare a toroanelor icircn cablu este spre dreapta (Z)Sr m=531 32gtSr nec=513 062 kN

Deci conditiaSr mgtSr nec este satisfacuta

Se reia calculul pentru verificare

61

Trebuie sa recalculam FM tinand cont si de greutatea cablului GCM

GCM =2sdotzsdotlr CM(M ) sdotqc (3710)

qc - greutatea unitara a cabluluiqc =m1 Csdotg (3711)

qc =3 89 kg msdot9 81 m s2=38 161 N mlr CM(M ) =(15 m+lp )+sminuslb (3712)

lr CM(M )

=(15 m+27 m)+65 mminus9 m=26 m

in care s=65m ndash spatiu de siguranta lb=9m lungimea unui burlanlp=27m lungimea pasului

GCM=2sdot5sdot26 msdot38 161 N m=9 922 kN

GoT=107 5 kN+9 922kN=117 422kN

Pentru IF F200-2DH vom avea

F =

2091 413 kN2sdot5sdot0 811

=257 88 kN

c M=Sr m

F c M=531 32kN

257 88 kN=2 06gtc=2

Tabelul 375 Parametrii caracteristici ai cablurilor Seale 6 x 19 conform STAS 1689-80

38 Alegerea troliului de foraj

62

FN=200sdot9 81kN+117 442kN (1+ 19 81

)=2091 413kN

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

Ca urmare functiunile CH sunt

1 Sustinerea GarF in timpul forajului

2 Permiterea rotatiei GarF

3 Conducerea fluidului de forajsub presiunede la FN la PA prin lulea teava de spalare

fus si RLCHin cazul circulatiei directe

Marimile fizice principale ale CH1 marimile functionale

- sarcina de lucru maxima

- turatia maxima a fusului

- presiunea maxima a fluidului de foraj

2 marimile dimensional-constructive

- diametrul interior al tevii de spalare

- tipo-dimensiulnile de legatura

3 marimile de anduranta

- sarcina limitacapacitatea in functie de rulmentul principal

- durabilitatea rulmentului principal

- durabilitatea etansarii tevii de spalare

Fig 31 Capul hidraulic (CH) montat icircn ciocul cacircrligului icircn timpul forajului

Alegerea capului hidraulic se face pe baza sarcinii maxime de lucru (FCH M

) si trebuie sa echipeze instalatia de foraj F200-2DH [1]

44

FCH M

geF M

(31)

FM =200 tf

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

(32)

Capetele hidraulice construite icircn Romacircnia sunt tipizate conform SR 5736 [66] care este

elaborat icircn concordanţă cu API Spec 8A [67] şi API Spec 8C [68]

Din tab 62 Cap 6 6 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH ndash 320 (ndash40degC) SR 5736

necesar instalaţiei de foraj alese F200

CHndash320 (ndash40degC) SR 5736 este un cap hidraulic echipat cu rulment axial-oscilant cu role

butoi cu sarcina maximă de lucru de 320tf care lucrează icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash

40degC

Conform SR 5736 acest tip de CH se caracterizează şi prin

Sarcina limită sau capacitatea maximă icircn funcţie de rulmentul principal FRLCH=147tf

pM = 35MPa nM = 300 rotmin di = 762 mm LP 4 (filetul de legătură al lulelei cu FF) 6⅝

REG LH (filetul de legătură cu RLCH)

32Alegerea ansamblului macara carlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 32 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]

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia [1]

FMC ge FCM (321)

Din tab32 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32-1250 MC -300 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii

45

Tabel 31 Caracteristicile Ansamblului Macara-Carlig

Tabelul 32 Tipurile de macarale-cacircrlig construite icircn Romacircnia şi caracteristicile lor (cf [69])

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (32)

GMC =8610t middot 981 ms2 = 84464 kN

46

UnMas F200Denumire 5-32MC-300

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300

Nr Roti manevra - 5

Diam cablului mm 32

Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140

Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in f-ie de rulmenti US tonf 347

Masa t 8610

Fig 32 Construcţia ansamblului-cacircrlig mono-bloc 1 ndash cacircrlig triplex 2 ndash bolţ 3 ndash pahar şi rulment axial 4 ndash tijă 5ndash piston 6 ndash arcuri de destindere 7 ndash piesă de legătură icircntre ansamblul cacircrligului şi macara 8 ndash axul macaralei 9 ndash role 10 ndash rulmenţii macaralei 11 ndash plăci laterale

33Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul de foraj reprezinta partea fixa a masinii macara-geamblac Se monteaza in

grupul mastului pe grinzi numite coroana geamblacului Este format dintr-un ax pe care se

monteaza un anumit numar de role (z+1) prin intermediul unor rulmenti Fiecare rola se misca

independent de celelalte (z-numarul de role de la macara) [1]

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

-geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţie romacircnească Avantajul acestui tip

constructiv este acela că este o construcţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

- 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

47

c geamblacul de foraj din două blocuri

- geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se pot roti şi interschimba asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

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

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

a geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

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

b geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

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 ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia [1]

Fig 331 Geamblac cu o roata separata

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 332

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

Alegerea geamblacului de foraj se face in functie de sarcina de lucru maxima de diametrul cablului utilizat de tipul cablului de manevra de tipul macaralei respectiv de tipul ansamblului macara-carlig

48

Pentru instalatia F200-2DH se alege unul din geamblacurile tipizate care sa indeplineasca cerintele impuse

Fig 33 2Geamblac monobloc 1 ndash suport (prin care GF se montează prin şuruburi de coroană ramă) 2ndash ax 3 ndash rolă roată 4 ndash rulment radial-axial cu role conice pe două racircnduri 5 ndash disc distanţier 6 ndash bucşă distanţieră 7 ndash ungător cu bilă (folosit pentru ungerea consistentă a rulmenţilor) (canalele de ungere sunt practicate icircn plan orizontal) 8 ndash placă de presare 9 ndash apărătoare

Pentru instalatia de foraj F 200 se va folosi un geamblac A 6 -32-1250GF-300 (-400C)(vezi [1] cap 54 tab56)adica geamblac de foraj cu 6 roţi role pe ax cu diametrul cablului de manevră de 32 mm

diametrul exterior al rolei de 1250 mm sarcina maximă de lucru 300tfşi temperatura de lucru de ndash

40degC Din tabelul 56 Cap 5 [1]se observă că acest tip de geamblac face parte din clasa

echipamentului (de manevră) 450

Tabel 33 Caracteristicile GeamblaculuiUnMas

Denumire 6-32GF-300Sarcina maxima la coroana geamblacului tf 400

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300Nr Roti manevra - 6

Diam cablului mm 32Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in functie de rulmenti US tonf 416Masa t 28

49

34Alegerea elevatorului 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

Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane de tubare (B-ElPCB) (bdquocasing slip

elevator-spiderrdquo icircn lb en) este o sculă de manevră care se foloseşte icircn timpul tubării puţurilor

atacirct pentru susţinerea coloanei de burlane (CB) ca broască cu pene aşezată pe masa rotativă

(MR) cacirct şi pentru săltarea din penele broaştei şi introducerea coloanei icircn puţ ca elevator (cu

pene) Deci aceste scule se folosesc icircn pereche icircn timpul tubării puţurilor una aşezată pe MR

susţine CB prin icircmpănare icircndeplinind funcţia de broască cu pene (vezi fig 341) iar cealaltă

care este susţinută icircn chiolbaşi avacircnd rolul de elevator (cu pene) se prinde tot prin icircmpănare pe

burlanul care s-a adăugat prin icircnşurubare la coloană saltă CB din broasca cu pene şi o susţine icircn

timpul introducerii ei icircn sondă (vezi fig 342)

Fig 342 Tragerea burlanului pe jilip cu ajutorul unui elevator de tras burlane pentru a fi icircnşurubat icircn

coloana susţinută icircn broasca cu pene

50

Fig 343 Varianta de elevator (cu pene) (cu inel ridicător) a broaştei-elevator cu pene cu două semicorpuri care este susţinută icircn ochiurile inferioare ale chiolbaşilor (11) icircn timpul introducerii coloanei de burlane (12) icircn puţul care se tubează 1 ndash corp carcasă 2 ndash umăr 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă de siguranţă 5 ndash corp de pană 6 ndash bacuri 7 ndash pacirclnie de ghidare 8 ndash cadru ridicător 9 ndash icircmpingătoare 10 ndash mecanism cu pacircrghii de ridicare

Din punct de vedere funcţional se deosebesc tipurile bull broască cu pene (BP) bull elevator cu pene (ElP)

Fig344 Broasca-elevator cu pene

51

In figura 344 este reprezentata Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane (broasca cu pene icircn partea de sus stanga elevatorul cu pene icircn partea dreapta şi vedere de sus a elevatorului cu pene icircn partea de jos) 1ndash corp 2ndash umăr braţ superior 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă (siguranţă pentru chiolbaşi) 5 ndash poartă uşă 6 ndash pene 7 ndash bacuri 8 ndash placă de sprijin (pe masa rotativă) 9 ndash guler de protecţie şi ghidare 10 ndash pacirclnie de ghidare HB ndash icircnălţimea broaştei cu pene HE ndash icircnălţimea elevatorului cu pene l ndash lăţimea broaştei-elevator

Alegerea elevatorului cu pene se face din conditiile urmatoare

FPgtFCBM

(341)

unde

FPleFBminusEl PCB

(342)

Studiind oferta companiei STEROM SA Cacircmpina conform ([1] cap 8 tab88) se alege un elevator cu pene de tipul

B-ElPCB 4frac12 ndash 13⅜ in x 350 ts (9⅝ x 275 ts x 8⅝) (ndash 45ordmC)

icircnseamnă broască-elevator destinată utilizării pentru burlane cu diametrul nominal cuprins

icircntre 4frac12 in şi 13⅜ in (inclusiv) cu sarcina nominală (sarcina maximă de lucru) de 350 ts (320tf)

echipată cu pene set de pene de 958 in cu sarcina nominală (maximă de lucru) de 275 ts (250 tf)

icircn care sunt montate bacuri de 858 in adică această broască-elevator este echipată pentru susţinerea

unei CB de 858 care determină icircn timpul manevrei ei o sarcină maximă la cacircrlig de cel mult 275ts

(250 tf) Ea este executată să lucreze icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash 45 ordmC

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

21t∙981ms2 =20601kN

35 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatorul pentru prăjini de foraj (ElPF) (bdquodrill pipe elevatorrdquo icircn lb en) este o sculă de

manevră care se foloseşte pentru susţinerea garniturii de foraj (GarF) icircn timpul extragerii şi

introducerii ei icircn sondă El prinde sub mufa PF şi este agăţat prin umerii săi icircn ochiurile

inferioare ale chiolbaşilor

ElPF se compune din

52

ndash două corpuri articulate care se icircnchid pe PF prevăzute cu cacircte un umăr cu care se suspendă icircn

ochiurile inferioare (mici) ale chiolbaşilor

ndash icircnchizatorul celor două corpuri

ndash eclise cu bolţuri prinse icircn umeri pentru asigurarea contra ieşirii chiolbaşilor

Elevatoarele se deosebesc prin forma lor modul de icircnchidere a celor două corpuri şi forma

suprafeţei de rezemare a prăjinilor

Din punctul de vedere al icircnchiderii se diferenţiază

ndash ElPF cu icircnchidere centrală (ElPFIcircC)

ndash ElPF cu icircnchidere laterală (ElPFIcircL)

După forma suprafeţei de sprijin al PF se disting

ndash ElPF cu scaun drept (ELPFSD) deci cu suprafaţă de rezemare dreaptă folosite pentru

manevrarea prăjinilor de foraj cu racorduri speciale sudate cu umăr drept (RSSUD) sau cu

racorduri icircnfiletate [1]

Fig 351 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun conic

ndash ElPF cu scaun conic (ElPFSC) care dispun de o suprafaţă de rezemare interioară tronconică cu unghiul de icircnchidere standardizat de 18deg ca şi mufele racordurilor speciale sudate cu umăr conic (RSSUC)

53

Fig 352 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun dreptElevatoarele sunt tipizate prescripţiile generale fiind prevăzute de API Spec 8A [85] şi

Spec 8C [86] Icircn fig 88 este reprezentat un ElPF cu scaun conic iar icircn fig 89 un ElPF cu scaun

drept

In figura 34 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic

Fig 34 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Alegerea elevatorului pentru prajini se face in functie de tipul prajinilor de foraj

1 Daca prajinile sunt cu recorduri speciale infiletate atunci cu scaun drept

2 Daca prajinile sunt cu racorduri speciale sudate atunci cu scaun conic

La alegerea elevatorului trebuie indeplinita conditia

FElgtFGar FMn

(sarcina normala utila de la carlig) (351)

icircn care FGar FM

este sarcina maximă care apare icircn timpul manevrării garniturii pacircnă la adacircncimea

maximă de foraj a puţului respectiv

54

Pentru că prăjinile de foraj sunt cu RSSUC si FGar FM

=122863kN conform tabelului 85

[1] cap 8 se alege un elevator cu scaun conic cu urmatoarea nominalizare

Elevator cu scaun conic 4frac12 x 1214 x 250 adica

elevator cu scaun conic cu dimensiunea nominală de 4frac12 ( pentru prăjini de foraj cu

RSSUC cu diametrul nominal de 4frac12 DPF = 4frac12) cu diametrul interior de 1214 mm (ceea ce

icircnseamnă că se utilizează pentru prăjini cu capetele fie cu II fie cu IEI (conform tabelului 85 cap

8) şi cu sarcina maximă de lucru de 250 tf cu masa mEl=1828kg conform NR 05-1018R STEROM

SA

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

ELpF= mEl middot g (253)

GEl = 1828 kg middot 981 ms2 = 18 kN

36Alegerea chiolbasilor

Chiolbaşii (Ch) (bdquothe drilling linksrdquo bdquoelevator linksrdquo icircn lb en) denumiţi şi bdquobraţele de

elevatorrdquo sunt scule de foraj care fac legătura icircntre cacircrlig şi elevator fiind utilizaţi icircn timpul

manevrei garniturii de foraj (GarF) şi coloanelor de burlane (CB)

Ei se agaţă cu ochiurile superioare de umerii cacircrligului şi susţin cu ochiurile lor inferioare

elevatorul prin umerii acestuia (vezi fig 361) Astfel sarcina datorată GarF sau CB este

preluată prin intermediul elevatorului de către Ch care o transmit cacircrligului [1]

55

Fig 361 Ansamblul format din macara-cacircrlig chiolbaşi şi elevator icircncare este susţinută garnitura de foraj icircn timpul manevrei acesteia

Din punct de vedere al sarcinii de lucru exista 3 tipuri de chiolbasi

1 Usor (sarcini mici)

2 Mediu (sarcini medii)

3 Greu (sarcini mari)

Tipul usor are forma de za alungita iar cel mediu si greu ndash de bara prevazuta la ambele capete cu

ochiuri

Chiolbasii se executa prin forjare in matrita dintr-o singura bucata de otel slab aliat de

constructii pentru a se asigura o rezistenta mare atat prin fibrajul obtinut prin procedeul tehnologic

respective cat si prin compozitie si prin TT folosit

Fig 362 Diferite tipuri de chiolbaşi

Alegerea chiolbasilor se face in functie de sarcina de lucru si de lungimea nominala

Fig 363 Tipurile de chiolbaşi şi dimensiunile lor principale a ndash chiolbaş de tipul uşor b ndash chiolbaş de tipul mediu c ndash chiolbaş de tipul greu C2 ndash raza de curbură interioară a ochiului superior G1 ndash raza de curbură interioară a ochiului

56

inferior D2 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului superior cu umărul cacircrligului H1 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului inferior cu umărul elevatorului d d1 ndash diametrul barei L ndash lungimea de lucru (dintre

punctele de sprijin pe umărul cacircrligului şi pe umărul elevatorului)

Conform normelor prevazute pentru F200-2DH se aleg chiolbasi de tip greu serie Chiolbaşi 69 x 2100 x 320

Gama de sarcini Fch = 320 tf perDimensiuni principale- d1 = 85 mm- C2 = 108 mm

- G1 =70 mm- D2 = 34 mm - H1 = 345 mm- Lungimea totala Lch = 2100 mm- Masa netă informativă mch = 247 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (36)

GCh = 247 kg middot 981 ms2 = 243 kN

37Alegerea cablului de manevra

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

1 la manevră cablul de manevră sau de foraj

2 la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcărit

3 la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancoră

4 pentru rabaterea turlei cablul de praştie

5 la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electrici

Cablurile 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

57

1 de acelaşi diametru 5 la fire2 de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 371)

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

Fig 371 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

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

1 organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)

2 metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)

3 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 ]

58

Fig 372 Cablarea a ndash icircnfăşurarea spre dreapta b ndash icircnfăşurarea spre stacircngac ndash cablarea icircn cruce stacircnga (ZS) d ndash cablarea icircn cruce dreapta (SZ)e ndash cablarea paralelă dreapta (ZZ) f ndash cablarea paralelă stacircnga (SS)

Alegerea cablului se face pe baza sarcinii sale reale minime de rupere (Srm) astfel icircncacirct să fie satisfăcută condiţia de rezistenţă (vezi [1])

Srm gecM middot FM (37)

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

CM - coeficientul de siguranţă pentru operatiile de tubare si instrumentatie care se accepta egal cu

valoarea 2 conform API Spec9B iar FM ste forta maxima din RA a infasurarii cablului Ea se

determina cu expresia[1]

(372)

in care FM este forta totala care actioneaza asupra ramurilor din cablu z ndash nr de role de la macaraηMminusG - randamentul masinii macara-geamblac la ridicareRandamentul masinii macara-geamblac la ridicare se obtine cu relatia (cf[1])

ηMminusG=β2 ∙Zminus1

2 ∙ Z ∙ β2 ∙Z ∙ ( βminus1 ) (373)

unde β este inversul randamentului unei role

β= 1ηRo

(374)

pentru care se admite valoarea β =104 conform API iar ηRo =096 (API) randament role

59

FM=FM

2sdotzsdotηM minusG

Conform tipului de ansamblu MC ales z =5 Atunci rezultă

ηMminusG =

1 04225minus12sdot5sdot1 042sdot5 (1 04minus1 )

=0 811

Forţa F M se calculează cu expresia (conform [1])

FM =F M +GoTsdot(1+

ac(M )

g )

(375)

unde FM

este sarcina maxima utila la carlig GoT - greutatea moarta la tubare g- acceleratia

gravitationala g= 981 ms2 ac(M )

- acceleratia miscarii carligului are valori cuprinse in domeniul

[0515]∙ ms2

Greutatea moartă la tubare se determină ţinacircnd cont de greutatea elementelor ansamblului

MC a chiolbaşilor (Ch) a elevatorului cu pene (ElP) şi a ramurilor de cablu dintre macara şi

geamblac

GoT =

GMC+G ch+GEl P+GCM

(376)

Deoarece la acest moment nu se cunoaşte tipodimensiunea cablului şi ca urmare masa sa unitară se face aproximaţia

GoT iquestGMC+G ch+GEl P (377)

rezulta

GOT=8446 kN+243kN+20601 kN=1075 kN

Ştiind tipul IF se determină

FM

=200tf= 200∙981 =1962kNSe accepta

ac(M )=1 m s2

si se obtine

FM =1962 kN+107 5 kNsdot(1+ 19 81 )=2080 46 kN

60

Se calculeaza

F =

2080 46 kN2sdot5sdot0 811

=256 531 kN

Se determină sarcina reală minimă de rupere necesară a cablului cu formula

Srmnec gecM middot FM (378)

c M=2 ( conform API) si rezulta

Srmnec =2∙256531kN=513062kN

Se alege un cablu Seale cu o măsură a lui Srm astfel icircncacirct să fie icircndeplinită condiţia următoare

Sr mgtSr m nec

(379)

Ca urmare din [1] tabelul 52 se constată că se poate alege

Cablu Seale 6x19-32-1570 SZ STAS1689-80

caracterizat prin

nT=6 nr toroane

n f=19=1+9+9 nr fire din fiecare torondc=32 mm diametrul nominalRm=1570 MPa rezistenta minima de rupere a sarmelorSr m=531 32 kN sarcina reala minima de rupered0=3 mm diametrul sarmelor centraled1=1 45 mm diametrul sarmelor intermediared2=26 mm diametrul sarmelor exterioarem1 C=3 89 kg m masa unitara

Tipul cablării cruce dreapta (SZ) adică sensul de icircnfăşurare a firelor icircn toron este spre stanga(S) iar sensul de icircnfăşurare a toroanelor icircn cablu este spre dreapta (Z)Sr m=531 32gtSr nec=513 062 kN

Deci conditiaSr mgtSr nec este satisfacuta

Se reia calculul pentru verificare

61

Trebuie sa recalculam FM tinand cont si de greutatea cablului GCM

GCM =2sdotzsdotlr CM(M ) sdotqc (3710)

qc - greutatea unitara a cabluluiqc =m1 Csdotg (3711)

qc =3 89 kg msdot9 81 m s2=38 161 N mlr CM(M ) =(15 m+lp )+sminuslb (3712)

lr CM(M )

=(15 m+27 m)+65 mminus9 m=26 m

in care s=65m ndash spatiu de siguranta lb=9m lungimea unui burlanlp=27m lungimea pasului

GCM=2sdot5sdot26 msdot38 161 N m=9 922 kN

GoT=107 5 kN+9 922kN=117 422kN

Pentru IF F200-2DH vom avea

F =

2091 413 kN2sdot5sdot0 811

=257 88 kN

c M=Sr m

F c M=531 32kN

257 88 kN=2 06gtc=2

Tabelul 375 Parametrii caracteristici ai cablurilor Seale 6 x 19 conform STAS 1689-80

38 Alegerea troliului de foraj

62

FN=200sdot9 81kN+117 442kN (1+ 19 81

)=2091 413kN

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

FCH M

geF M

(31)

FM =200 tf

Se calculează masa capului hidraulic cu relaţia următoare

(32)

Capetele hidraulice construite icircn Romacircnia sunt tipizate conform SR 5736 [66] care este

elaborat icircn concordanţă cu API Spec 8A [67] şi API Spec 8C [68]

Din tab 62 Cap 6 6 [1] se alege tipul de cap hidraulic CH ndash 320 (ndash40degC) SR 5736

necesar instalaţiei de foraj alese F200

CHndash320 (ndash40degC) SR 5736 este un cap hidraulic echipat cu rulment axial-oscilant cu role

butoi cu sarcina maximă de lucru de 320tf care lucrează icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash

40degC

Conform SR 5736 acest tip de CH se caracterizează şi prin

Sarcina limită sau capacitatea maximă icircn funcţie de rulmentul principal FRLCH=147tf

pM = 35MPa nM = 300 rotmin di = 762 mm LP 4 (filetul de legătură al lulelei cu FF) 6⅝

REG LH (filetul de legătură cu RLCH)

32Alegerea ansamblului macara carlig

Componenţa ansamblului macara-cacircrlig este prezentată icircn figura 32 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]

Ansamblul macara-cacircrlig se alege icircn funcţie de condiţia [1]

FMC ge FCM (321)

Din tab32 [1] se alege tipul de macara-cacircrlig 5-32-1250 MC -300 care icircndeplineşte condiţia anterioară şi care are următorii parametrii

45

Tabel 31 Caracteristicile Ansamblului Macara-Carlig

Tabelul 32 Tipurile de macarale-cacircrlig construite icircn Romacircnia şi caracteristicile lor (cf [69])

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (32)

GMC =8610t middot 981 ms2 = 84464 kN

46

UnMas F200Denumire 5-32MC-300

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300

Nr Roti manevra - 5

Diam cablului mm 32

Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140

Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in f-ie de rulmenti US tonf 347

Masa t 8610

Fig 32 Construcţia ansamblului-cacircrlig mono-bloc 1 ndash cacircrlig triplex 2 ndash bolţ 3 ndash pahar şi rulment axial 4 ndash tijă 5ndash piston 6 ndash arcuri de destindere 7 ndash piesă de legătură icircntre ansamblul cacircrligului şi macara 8 ndash axul macaralei 9 ndash role 10 ndash rulmenţii macaralei 11 ndash plăci laterale

33Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul de foraj reprezinta partea fixa a masinii macara-geamblac Se monteaza in

grupul mastului pe grinzi numite coroana geamblacului Este format dintr-un ax pe care se

monteaza un anumit numar de role (z+1) prin intermediul unor rulmenti Fiecare rola se misca

independent de celelalte (z-numarul de role de la macara) [1]

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

-geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţie romacircnească Avantajul acestui tip

constructiv este acela că este o construcţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

- 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

47

c geamblacul de foraj din două blocuri

- geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se pot roti şi interschimba asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

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

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

a geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

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

b geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

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 ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia [1]

Fig 331 Geamblac cu o roata separata

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 332

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

Alegerea geamblacului de foraj se face in functie de sarcina de lucru maxima de diametrul cablului utilizat de tipul cablului de manevra de tipul macaralei respectiv de tipul ansamblului macara-carlig

48

Pentru instalatia F200-2DH se alege unul din geamblacurile tipizate care sa indeplineasca cerintele impuse

Fig 33 2Geamblac monobloc 1 ndash suport (prin care GF se montează prin şuruburi de coroană ramă) 2ndash ax 3 ndash rolă roată 4 ndash rulment radial-axial cu role conice pe două racircnduri 5 ndash disc distanţier 6 ndash bucşă distanţieră 7 ndash ungător cu bilă (folosit pentru ungerea consistentă a rulmenţilor) (canalele de ungere sunt practicate icircn plan orizontal) 8 ndash placă de presare 9 ndash apărătoare

Pentru instalatia de foraj F 200 se va folosi un geamblac A 6 -32-1250GF-300 (-400C)(vezi [1] cap 54 tab56)adica geamblac de foraj cu 6 roţi role pe ax cu diametrul cablului de manevră de 32 mm

diametrul exterior al rolei de 1250 mm sarcina maximă de lucru 300tfşi temperatura de lucru de ndash

40degC Din tabelul 56 Cap 5 [1]se observă că acest tip de geamblac face parte din clasa

echipamentului (de manevră) 450

Tabel 33 Caracteristicile GeamblaculuiUnMas

Denumire 6-32GF-300Sarcina maxima la coroana geamblacului tf 400

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300Nr Roti manevra - 6

Diam cablului mm 32Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in functie de rulmenti US tonf 416Masa t 28

49

34Alegerea elevatorului 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

Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane de tubare (B-ElPCB) (bdquocasing slip

elevator-spiderrdquo icircn lb en) este o sculă de manevră care se foloseşte icircn timpul tubării puţurilor

atacirct pentru susţinerea coloanei de burlane (CB) ca broască cu pene aşezată pe masa rotativă

(MR) cacirct şi pentru săltarea din penele broaştei şi introducerea coloanei icircn puţ ca elevator (cu

pene) Deci aceste scule se folosesc icircn pereche icircn timpul tubării puţurilor una aşezată pe MR

susţine CB prin icircmpănare icircndeplinind funcţia de broască cu pene (vezi fig 341) iar cealaltă

care este susţinută icircn chiolbaşi avacircnd rolul de elevator (cu pene) se prinde tot prin icircmpănare pe

burlanul care s-a adăugat prin icircnşurubare la coloană saltă CB din broasca cu pene şi o susţine icircn

timpul introducerii ei icircn sondă (vezi fig 342)

Fig 342 Tragerea burlanului pe jilip cu ajutorul unui elevator de tras burlane pentru a fi icircnşurubat icircn

coloana susţinută icircn broasca cu pene

50

Fig 343 Varianta de elevator (cu pene) (cu inel ridicător) a broaştei-elevator cu pene cu două semicorpuri care este susţinută icircn ochiurile inferioare ale chiolbaşilor (11) icircn timpul introducerii coloanei de burlane (12) icircn puţul care se tubează 1 ndash corp carcasă 2 ndash umăr 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă de siguranţă 5 ndash corp de pană 6 ndash bacuri 7 ndash pacirclnie de ghidare 8 ndash cadru ridicător 9 ndash icircmpingătoare 10 ndash mecanism cu pacircrghii de ridicare

Din punct de vedere funcţional se deosebesc tipurile bull broască cu pene (BP) bull elevator cu pene (ElP)

Fig344 Broasca-elevator cu pene

51

In figura 344 este reprezentata Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane (broasca cu pene icircn partea de sus stanga elevatorul cu pene icircn partea dreapta şi vedere de sus a elevatorului cu pene icircn partea de jos) 1ndash corp 2ndash umăr braţ superior 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă (siguranţă pentru chiolbaşi) 5 ndash poartă uşă 6 ndash pene 7 ndash bacuri 8 ndash placă de sprijin (pe masa rotativă) 9 ndash guler de protecţie şi ghidare 10 ndash pacirclnie de ghidare HB ndash icircnălţimea broaştei cu pene HE ndash icircnălţimea elevatorului cu pene l ndash lăţimea broaştei-elevator

Alegerea elevatorului cu pene se face din conditiile urmatoare

FPgtFCBM

(341)

unde

FPleFBminusEl PCB

(342)

Studiind oferta companiei STEROM SA Cacircmpina conform ([1] cap 8 tab88) se alege un elevator cu pene de tipul

B-ElPCB 4frac12 ndash 13⅜ in x 350 ts (9⅝ x 275 ts x 8⅝) (ndash 45ordmC)

icircnseamnă broască-elevator destinată utilizării pentru burlane cu diametrul nominal cuprins

icircntre 4frac12 in şi 13⅜ in (inclusiv) cu sarcina nominală (sarcina maximă de lucru) de 350 ts (320tf)

echipată cu pene set de pene de 958 in cu sarcina nominală (maximă de lucru) de 275 ts (250 tf)

icircn care sunt montate bacuri de 858 in adică această broască-elevator este echipată pentru susţinerea

unei CB de 858 care determină icircn timpul manevrei ei o sarcină maximă la cacircrlig de cel mult 275ts

(250 tf) Ea este executată să lucreze icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash 45 ordmC

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

21t∙981ms2 =20601kN

35 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatorul pentru prăjini de foraj (ElPF) (bdquodrill pipe elevatorrdquo icircn lb en) este o sculă de

manevră care se foloseşte pentru susţinerea garniturii de foraj (GarF) icircn timpul extragerii şi

introducerii ei icircn sondă El prinde sub mufa PF şi este agăţat prin umerii săi icircn ochiurile

inferioare ale chiolbaşilor

ElPF se compune din

52

ndash două corpuri articulate care se icircnchid pe PF prevăzute cu cacircte un umăr cu care se suspendă icircn

ochiurile inferioare (mici) ale chiolbaşilor

ndash icircnchizatorul celor două corpuri

ndash eclise cu bolţuri prinse icircn umeri pentru asigurarea contra ieşirii chiolbaşilor

Elevatoarele se deosebesc prin forma lor modul de icircnchidere a celor două corpuri şi forma

suprafeţei de rezemare a prăjinilor

Din punctul de vedere al icircnchiderii se diferenţiază

ndash ElPF cu icircnchidere centrală (ElPFIcircC)

ndash ElPF cu icircnchidere laterală (ElPFIcircL)

După forma suprafeţei de sprijin al PF se disting

ndash ElPF cu scaun drept (ELPFSD) deci cu suprafaţă de rezemare dreaptă folosite pentru

manevrarea prăjinilor de foraj cu racorduri speciale sudate cu umăr drept (RSSUD) sau cu

racorduri icircnfiletate [1]

Fig 351 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun conic

ndash ElPF cu scaun conic (ElPFSC) care dispun de o suprafaţă de rezemare interioară tronconică cu unghiul de icircnchidere standardizat de 18deg ca şi mufele racordurilor speciale sudate cu umăr conic (RSSUC)

53

Fig 352 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun dreptElevatoarele sunt tipizate prescripţiile generale fiind prevăzute de API Spec 8A [85] şi

Spec 8C [86] Icircn fig 88 este reprezentat un ElPF cu scaun conic iar icircn fig 89 un ElPF cu scaun

drept

In figura 34 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic

Fig 34 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Alegerea elevatorului pentru prajini se face in functie de tipul prajinilor de foraj

1 Daca prajinile sunt cu recorduri speciale infiletate atunci cu scaun drept

2 Daca prajinile sunt cu racorduri speciale sudate atunci cu scaun conic

La alegerea elevatorului trebuie indeplinita conditia

FElgtFGar FMn

(sarcina normala utila de la carlig) (351)

icircn care FGar FM

este sarcina maximă care apare icircn timpul manevrării garniturii pacircnă la adacircncimea

maximă de foraj a puţului respectiv

54

Pentru că prăjinile de foraj sunt cu RSSUC si FGar FM

=122863kN conform tabelului 85

[1] cap 8 se alege un elevator cu scaun conic cu urmatoarea nominalizare

Elevator cu scaun conic 4frac12 x 1214 x 250 adica

elevator cu scaun conic cu dimensiunea nominală de 4frac12 ( pentru prăjini de foraj cu

RSSUC cu diametrul nominal de 4frac12 DPF = 4frac12) cu diametrul interior de 1214 mm (ceea ce

icircnseamnă că se utilizează pentru prăjini cu capetele fie cu II fie cu IEI (conform tabelului 85 cap

8) şi cu sarcina maximă de lucru de 250 tf cu masa mEl=1828kg conform NR 05-1018R STEROM

SA

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

ELpF= mEl middot g (253)

GEl = 1828 kg middot 981 ms2 = 18 kN

36Alegerea chiolbasilor

Chiolbaşii (Ch) (bdquothe drilling linksrdquo bdquoelevator linksrdquo icircn lb en) denumiţi şi bdquobraţele de

elevatorrdquo sunt scule de foraj care fac legătura icircntre cacircrlig şi elevator fiind utilizaţi icircn timpul

manevrei garniturii de foraj (GarF) şi coloanelor de burlane (CB)

Ei se agaţă cu ochiurile superioare de umerii cacircrligului şi susţin cu ochiurile lor inferioare

elevatorul prin umerii acestuia (vezi fig 361) Astfel sarcina datorată GarF sau CB este

preluată prin intermediul elevatorului de către Ch care o transmit cacircrligului [1]

55

Fig 361 Ansamblul format din macara-cacircrlig chiolbaşi şi elevator icircncare este susţinută garnitura de foraj icircn timpul manevrei acesteia

Din punct de vedere al sarcinii de lucru exista 3 tipuri de chiolbasi

1 Usor (sarcini mici)

2 Mediu (sarcini medii)

3 Greu (sarcini mari)

Tipul usor are forma de za alungita iar cel mediu si greu ndash de bara prevazuta la ambele capete cu

ochiuri

Chiolbasii se executa prin forjare in matrita dintr-o singura bucata de otel slab aliat de

constructii pentru a se asigura o rezistenta mare atat prin fibrajul obtinut prin procedeul tehnologic

respective cat si prin compozitie si prin TT folosit

Fig 362 Diferite tipuri de chiolbaşi

Alegerea chiolbasilor se face in functie de sarcina de lucru si de lungimea nominala

Fig 363 Tipurile de chiolbaşi şi dimensiunile lor principale a ndash chiolbaş de tipul uşor b ndash chiolbaş de tipul mediu c ndash chiolbaş de tipul greu C2 ndash raza de curbură interioară a ochiului superior G1 ndash raza de curbură interioară a ochiului

56

inferior D2 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului superior cu umărul cacircrligului H1 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului inferior cu umărul elevatorului d d1 ndash diametrul barei L ndash lungimea de lucru (dintre

punctele de sprijin pe umărul cacircrligului şi pe umărul elevatorului)

Conform normelor prevazute pentru F200-2DH se aleg chiolbasi de tip greu serie Chiolbaşi 69 x 2100 x 320

Gama de sarcini Fch = 320 tf perDimensiuni principale- d1 = 85 mm- C2 = 108 mm

- G1 =70 mm- D2 = 34 mm - H1 = 345 mm- Lungimea totala Lch = 2100 mm- Masa netă informativă mch = 247 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (36)

GCh = 247 kg middot 981 ms2 = 243 kN

37Alegerea cablului de manevra

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

1 la manevră cablul de manevră sau de foraj

2 la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcărit

3 la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancoră

4 pentru rabaterea turlei cablul de praştie

5 la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electrici

Cablurile 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

57

1 de acelaşi diametru 5 la fire2 de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 371)

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

Fig 371 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

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

1 organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)

2 metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)

3 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 ]

58

Fig 372 Cablarea a ndash icircnfăşurarea spre dreapta b ndash icircnfăşurarea spre stacircngac ndash cablarea icircn cruce stacircnga (ZS) d ndash cablarea icircn cruce dreapta (SZ)e ndash cablarea paralelă dreapta (ZZ) f ndash cablarea paralelă stacircnga (SS)

Alegerea cablului se face pe baza sarcinii sale reale minime de rupere (Srm) astfel icircncacirct să fie satisfăcută condiţia de rezistenţă (vezi [1])

Srm gecM middot FM (37)

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

CM - coeficientul de siguranţă pentru operatiile de tubare si instrumentatie care se accepta egal cu

valoarea 2 conform API Spec9B iar FM ste forta maxima din RA a infasurarii cablului Ea se

determina cu expresia[1]

(372)

in care FM este forta totala care actioneaza asupra ramurilor din cablu z ndash nr de role de la macaraηMminusG - randamentul masinii macara-geamblac la ridicareRandamentul masinii macara-geamblac la ridicare se obtine cu relatia (cf[1])

ηMminusG=β2 ∙Zminus1

2 ∙ Z ∙ β2 ∙Z ∙ ( βminus1 ) (373)

unde β este inversul randamentului unei role

β= 1ηRo

(374)

pentru care se admite valoarea β =104 conform API iar ηRo =096 (API) randament role

59

FM=FM

2sdotzsdotηM minusG

Conform tipului de ansamblu MC ales z =5 Atunci rezultă

ηMminusG =

1 04225minus12sdot5sdot1 042sdot5 (1 04minus1 )

=0 811

Forţa F M se calculează cu expresia (conform [1])

FM =F M +GoTsdot(1+

ac(M )

g )

(375)

unde FM

este sarcina maxima utila la carlig GoT - greutatea moarta la tubare g- acceleratia

gravitationala g= 981 ms2 ac(M )

- acceleratia miscarii carligului are valori cuprinse in domeniul

[0515]∙ ms2

Greutatea moartă la tubare se determină ţinacircnd cont de greutatea elementelor ansamblului

MC a chiolbaşilor (Ch) a elevatorului cu pene (ElP) şi a ramurilor de cablu dintre macara şi

geamblac

GoT =

GMC+G ch+GEl P+GCM

(376)

Deoarece la acest moment nu se cunoaşte tipodimensiunea cablului şi ca urmare masa sa unitară se face aproximaţia

GoT iquestGMC+G ch+GEl P (377)

rezulta

GOT=8446 kN+243kN+20601 kN=1075 kN

Ştiind tipul IF se determină

FM

=200tf= 200∙981 =1962kNSe accepta

ac(M )=1 m s2

si se obtine

FM =1962 kN+107 5 kNsdot(1+ 19 81 )=2080 46 kN

60

Se calculeaza

F =

2080 46 kN2sdot5sdot0 811

=256 531 kN

Se determină sarcina reală minimă de rupere necesară a cablului cu formula

Srmnec gecM middot FM (378)

c M=2 ( conform API) si rezulta

Srmnec =2∙256531kN=513062kN

Se alege un cablu Seale cu o măsură a lui Srm astfel icircncacirct să fie icircndeplinită condiţia următoare

Sr mgtSr m nec

(379)

Ca urmare din [1] tabelul 52 se constată că se poate alege

Cablu Seale 6x19-32-1570 SZ STAS1689-80

caracterizat prin

nT=6 nr toroane

n f=19=1+9+9 nr fire din fiecare torondc=32 mm diametrul nominalRm=1570 MPa rezistenta minima de rupere a sarmelorSr m=531 32 kN sarcina reala minima de rupered0=3 mm diametrul sarmelor centraled1=1 45 mm diametrul sarmelor intermediared2=26 mm diametrul sarmelor exterioarem1 C=3 89 kg m masa unitara

Tipul cablării cruce dreapta (SZ) adică sensul de icircnfăşurare a firelor icircn toron este spre stanga(S) iar sensul de icircnfăşurare a toroanelor icircn cablu este spre dreapta (Z)Sr m=531 32gtSr nec=513 062 kN

Deci conditiaSr mgtSr nec este satisfacuta

Se reia calculul pentru verificare

61

Trebuie sa recalculam FM tinand cont si de greutatea cablului GCM

GCM =2sdotzsdotlr CM(M ) sdotqc (3710)

qc - greutatea unitara a cabluluiqc =m1 Csdotg (3711)

qc =3 89 kg msdot9 81 m s2=38 161 N mlr CM(M ) =(15 m+lp )+sminuslb (3712)

lr CM(M )

=(15 m+27 m)+65 mminus9 m=26 m

in care s=65m ndash spatiu de siguranta lb=9m lungimea unui burlanlp=27m lungimea pasului

GCM=2sdot5sdot26 msdot38 161 N m=9 922 kN

GoT=107 5 kN+9 922kN=117 422kN

Pentru IF F200-2DH vom avea

F =

2091 413 kN2sdot5sdot0 811

=257 88 kN

c M=Sr m

F c M=531 32kN

257 88 kN=2 06gtc=2

Tabelul 375 Parametrii caracteristici ai cablurilor Seale 6 x 19 conform STAS 1689-80

38 Alegerea troliului de foraj

62

FN=200sdot9 81kN+117 442kN (1+ 19 81

)=2091 413kN

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

Tabel 31 Caracteristicile Ansamblului Macara-Carlig

Tabelul 32 Tipurile de macarale-cacircrlig construite icircn Romacircnia şi caracteristicile lor (cf [69])

Se calculează greutatea ansamblului macara-cacircrlig cu formula următoare

GMC = mMC g (32)

GMC =8610t middot 981 ms2 = 84464 kN

46

UnMas F200Denumire 5-32MC-300

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300

Nr Roti manevra - 5

Diam cablului mm 32

Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140

Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in f-ie de rulmenti US tonf 347

Masa t 8610

Fig 32 Construcţia ansamblului-cacircrlig mono-bloc 1 ndash cacircrlig triplex 2 ndash bolţ 3 ndash pahar şi rulment axial 4 ndash tijă 5ndash piston 6 ndash arcuri de destindere 7 ndash piesă de legătură icircntre ansamblul cacircrligului şi macara 8 ndash axul macaralei 9 ndash role 10 ndash rulmenţii macaralei 11 ndash plăci laterale

33Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul de foraj reprezinta partea fixa a masinii macara-geamblac Se monteaza in

grupul mastului pe grinzi numite coroana geamblacului Este format dintr-un ax pe care se

monteaza un anumit numar de role (z+1) prin intermediul unor rulmenti Fiecare rola se misca

independent de celelalte (z-numarul de role de la macara) [1]

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

-geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţie romacircnească Avantajul acestui tip

constructiv este acela că este o construcţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

- 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

47

c geamblacul de foraj din două blocuri

- geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se pot roti şi interschimba asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

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

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

a geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

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

b geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

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 ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia [1]

Fig 331 Geamblac cu o roata separata

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 332

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

Alegerea geamblacului de foraj se face in functie de sarcina de lucru maxima de diametrul cablului utilizat de tipul cablului de manevra de tipul macaralei respectiv de tipul ansamblului macara-carlig

48

Pentru instalatia F200-2DH se alege unul din geamblacurile tipizate care sa indeplineasca cerintele impuse

Fig 33 2Geamblac monobloc 1 ndash suport (prin care GF se montează prin şuruburi de coroană ramă) 2ndash ax 3 ndash rolă roată 4 ndash rulment radial-axial cu role conice pe două racircnduri 5 ndash disc distanţier 6 ndash bucşă distanţieră 7 ndash ungător cu bilă (folosit pentru ungerea consistentă a rulmenţilor) (canalele de ungere sunt practicate icircn plan orizontal) 8 ndash placă de presare 9 ndash apărătoare

Pentru instalatia de foraj F 200 se va folosi un geamblac A 6 -32-1250GF-300 (-400C)(vezi [1] cap 54 tab56)adica geamblac de foraj cu 6 roţi role pe ax cu diametrul cablului de manevră de 32 mm

diametrul exterior al rolei de 1250 mm sarcina maximă de lucru 300tfşi temperatura de lucru de ndash

40degC Din tabelul 56 Cap 5 [1]se observă că acest tip de geamblac face parte din clasa

echipamentului (de manevră) 450

Tabel 33 Caracteristicile GeamblaculuiUnMas

Denumire 6-32GF-300Sarcina maxima la coroana geamblacului tf 400

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300Nr Roti manevra - 6

Diam cablului mm 32Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in functie de rulmenti US tonf 416Masa t 28

49

34Alegerea elevatorului 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

Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane de tubare (B-ElPCB) (bdquocasing slip

elevator-spiderrdquo icircn lb en) este o sculă de manevră care se foloseşte icircn timpul tubării puţurilor

atacirct pentru susţinerea coloanei de burlane (CB) ca broască cu pene aşezată pe masa rotativă

(MR) cacirct şi pentru săltarea din penele broaştei şi introducerea coloanei icircn puţ ca elevator (cu

pene) Deci aceste scule se folosesc icircn pereche icircn timpul tubării puţurilor una aşezată pe MR

susţine CB prin icircmpănare icircndeplinind funcţia de broască cu pene (vezi fig 341) iar cealaltă

care este susţinută icircn chiolbaşi avacircnd rolul de elevator (cu pene) se prinde tot prin icircmpănare pe

burlanul care s-a adăugat prin icircnşurubare la coloană saltă CB din broasca cu pene şi o susţine icircn

timpul introducerii ei icircn sondă (vezi fig 342)

Fig 342 Tragerea burlanului pe jilip cu ajutorul unui elevator de tras burlane pentru a fi icircnşurubat icircn

coloana susţinută icircn broasca cu pene

50

Fig 343 Varianta de elevator (cu pene) (cu inel ridicător) a broaştei-elevator cu pene cu două semicorpuri care este susţinută icircn ochiurile inferioare ale chiolbaşilor (11) icircn timpul introducerii coloanei de burlane (12) icircn puţul care se tubează 1 ndash corp carcasă 2 ndash umăr 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă de siguranţă 5 ndash corp de pană 6 ndash bacuri 7 ndash pacirclnie de ghidare 8 ndash cadru ridicător 9 ndash icircmpingătoare 10 ndash mecanism cu pacircrghii de ridicare

Din punct de vedere funcţional se deosebesc tipurile bull broască cu pene (BP) bull elevator cu pene (ElP)

Fig344 Broasca-elevator cu pene

51

In figura 344 este reprezentata Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane (broasca cu pene icircn partea de sus stanga elevatorul cu pene icircn partea dreapta şi vedere de sus a elevatorului cu pene icircn partea de jos) 1ndash corp 2ndash umăr braţ superior 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă (siguranţă pentru chiolbaşi) 5 ndash poartă uşă 6 ndash pene 7 ndash bacuri 8 ndash placă de sprijin (pe masa rotativă) 9 ndash guler de protecţie şi ghidare 10 ndash pacirclnie de ghidare HB ndash icircnălţimea broaştei cu pene HE ndash icircnălţimea elevatorului cu pene l ndash lăţimea broaştei-elevator

Alegerea elevatorului cu pene se face din conditiile urmatoare

FPgtFCBM

(341)

unde

FPleFBminusEl PCB

(342)

Studiind oferta companiei STEROM SA Cacircmpina conform ([1] cap 8 tab88) se alege un elevator cu pene de tipul

B-ElPCB 4frac12 ndash 13⅜ in x 350 ts (9⅝ x 275 ts x 8⅝) (ndash 45ordmC)

icircnseamnă broască-elevator destinată utilizării pentru burlane cu diametrul nominal cuprins

icircntre 4frac12 in şi 13⅜ in (inclusiv) cu sarcina nominală (sarcina maximă de lucru) de 350 ts (320tf)

echipată cu pene set de pene de 958 in cu sarcina nominală (maximă de lucru) de 275 ts (250 tf)

icircn care sunt montate bacuri de 858 in adică această broască-elevator este echipată pentru susţinerea

unei CB de 858 care determină icircn timpul manevrei ei o sarcină maximă la cacircrlig de cel mult 275ts

(250 tf) Ea este executată să lucreze icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash 45 ordmC

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

21t∙981ms2 =20601kN

35 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatorul pentru prăjini de foraj (ElPF) (bdquodrill pipe elevatorrdquo icircn lb en) este o sculă de

manevră care se foloseşte pentru susţinerea garniturii de foraj (GarF) icircn timpul extragerii şi

introducerii ei icircn sondă El prinde sub mufa PF şi este agăţat prin umerii săi icircn ochiurile

inferioare ale chiolbaşilor

ElPF se compune din

52

ndash două corpuri articulate care se icircnchid pe PF prevăzute cu cacircte un umăr cu care se suspendă icircn

ochiurile inferioare (mici) ale chiolbaşilor

ndash icircnchizatorul celor două corpuri

ndash eclise cu bolţuri prinse icircn umeri pentru asigurarea contra ieşirii chiolbaşilor

Elevatoarele se deosebesc prin forma lor modul de icircnchidere a celor două corpuri şi forma

suprafeţei de rezemare a prăjinilor

Din punctul de vedere al icircnchiderii se diferenţiază

ndash ElPF cu icircnchidere centrală (ElPFIcircC)

ndash ElPF cu icircnchidere laterală (ElPFIcircL)

După forma suprafeţei de sprijin al PF se disting

ndash ElPF cu scaun drept (ELPFSD) deci cu suprafaţă de rezemare dreaptă folosite pentru

manevrarea prăjinilor de foraj cu racorduri speciale sudate cu umăr drept (RSSUD) sau cu

racorduri icircnfiletate [1]

Fig 351 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun conic

ndash ElPF cu scaun conic (ElPFSC) care dispun de o suprafaţă de rezemare interioară tronconică cu unghiul de icircnchidere standardizat de 18deg ca şi mufele racordurilor speciale sudate cu umăr conic (RSSUC)

53

Fig 352 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun dreptElevatoarele sunt tipizate prescripţiile generale fiind prevăzute de API Spec 8A [85] şi

Spec 8C [86] Icircn fig 88 este reprezentat un ElPF cu scaun conic iar icircn fig 89 un ElPF cu scaun

drept

In figura 34 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic

Fig 34 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Alegerea elevatorului pentru prajini se face in functie de tipul prajinilor de foraj

1 Daca prajinile sunt cu recorduri speciale infiletate atunci cu scaun drept

2 Daca prajinile sunt cu racorduri speciale sudate atunci cu scaun conic

La alegerea elevatorului trebuie indeplinita conditia

FElgtFGar FMn

(sarcina normala utila de la carlig) (351)

icircn care FGar FM

este sarcina maximă care apare icircn timpul manevrării garniturii pacircnă la adacircncimea

maximă de foraj a puţului respectiv

54

Pentru că prăjinile de foraj sunt cu RSSUC si FGar FM

=122863kN conform tabelului 85

[1] cap 8 se alege un elevator cu scaun conic cu urmatoarea nominalizare

Elevator cu scaun conic 4frac12 x 1214 x 250 adica

elevator cu scaun conic cu dimensiunea nominală de 4frac12 ( pentru prăjini de foraj cu

RSSUC cu diametrul nominal de 4frac12 DPF = 4frac12) cu diametrul interior de 1214 mm (ceea ce

icircnseamnă că se utilizează pentru prăjini cu capetele fie cu II fie cu IEI (conform tabelului 85 cap

8) şi cu sarcina maximă de lucru de 250 tf cu masa mEl=1828kg conform NR 05-1018R STEROM

SA

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

ELpF= mEl middot g (253)

GEl = 1828 kg middot 981 ms2 = 18 kN

36Alegerea chiolbasilor

Chiolbaşii (Ch) (bdquothe drilling linksrdquo bdquoelevator linksrdquo icircn lb en) denumiţi şi bdquobraţele de

elevatorrdquo sunt scule de foraj care fac legătura icircntre cacircrlig şi elevator fiind utilizaţi icircn timpul

manevrei garniturii de foraj (GarF) şi coloanelor de burlane (CB)

Ei se agaţă cu ochiurile superioare de umerii cacircrligului şi susţin cu ochiurile lor inferioare

elevatorul prin umerii acestuia (vezi fig 361) Astfel sarcina datorată GarF sau CB este

preluată prin intermediul elevatorului de către Ch care o transmit cacircrligului [1]

55

Fig 361 Ansamblul format din macara-cacircrlig chiolbaşi şi elevator icircncare este susţinută garnitura de foraj icircn timpul manevrei acesteia

Din punct de vedere al sarcinii de lucru exista 3 tipuri de chiolbasi

1 Usor (sarcini mici)

2 Mediu (sarcini medii)

3 Greu (sarcini mari)

Tipul usor are forma de za alungita iar cel mediu si greu ndash de bara prevazuta la ambele capete cu

ochiuri

Chiolbasii se executa prin forjare in matrita dintr-o singura bucata de otel slab aliat de

constructii pentru a se asigura o rezistenta mare atat prin fibrajul obtinut prin procedeul tehnologic

respective cat si prin compozitie si prin TT folosit

Fig 362 Diferite tipuri de chiolbaşi

Alegerea chiolbasilor se face in functie de sarcina de lucru si de lungimea nominala

Fig 363 Tipurile de chiolbaşi şi dimensiunile lor principale a ndash chiolbaş de tipul uşor b ndash chiolbaş de tipul mediu c ndash chiolbaş de tipul greu C2 ndash raza de curbură interioară a ochiului superior G1 ndash raza de curbură interioară a ochiului

56

inferior D2 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului superior cu umărul cacircrligului H1 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului inferior cu umărul elevatorului d d1 ndash diametrul barei L ndash lungimea de lucru (dintre

punctele de sprijin pe umărul cacircrligului şi pe umărul elevatorului)

Conform normelor prevazute pentru F200-2DH se aleg chiolbasi de tip greu serie Chiolbaşi 69 x 2100 x 320

Gama de sarcini Fch = 320 tf perDimensiuni principale- d1 = 85 mm- C2 = 108 mm

- G1 =70 mm- D2 = 34 mm - H1 = 345 mm- Lungimea totala Lch = 2100 mm- Masa netă informativă mch = 247 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (36)

GCh = 247 kg middot 981 ms2 = 243 kN

37Alegerea cablului de manevra

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

1 la manevră cablul de manevră sau de foraj

2 la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcărit

3 la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancoră

4 pentru rabaterea turlei cablul de praştie

5 la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electrici

Cablurile 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

57

1 de acelaşi diametru 5 la fire2 de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 371)

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

Fig 371 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

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

1 organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)

2 metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)

3 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 ]

58

Fig 372 Cablarea a ndash icircnfăşurarea spre dreapta b ndash icircnfăşurarea spre stacircngac ndash cablarea icircn cruce stacircnga (ZS) d ndash cablarea icircn cruce dreapta (SZ)e ndash cablarea paralelă dreapta (ZZ) f ndash cablarea paralelă stacircnga (SS)

Alegerea cablului se face pe baza sarcinii sale reale minime de rupere (Srm) astfel icircncacirct să fie satisfăcută condiţia de rezistenţă (vezi [1])

Srm gecM middot FM (37)

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

CM - coeficientul de siguranţă pentru operatiile de tubare si instrumentatie care se accepta egal cu

valoarea 2 conform API Spec9B iar FM ste forta maxima din RA a infasurarii cablului Ea se

determina cu expresia[1]

(372)

in care FM este forta totala care actioneaza asupra ramurilor din cablu z ndash nr de role de la macaraηMminusG - randamentul masinii macara-geamblac la ridicareRandamentul masinii macara-geamblac la ridicare se obtine cu relatia (cf[1])

ηMminusG=β2 ∙Zminus1

2 ∙ Z ∙ β2 ∙Z ∙ ( βminus1 ) (373)

unde β este inversul randamentului unei role

β= 1ηRo

(374)

pentru care se admite valoarea β =104 conform API iar ηRo =096 (API) randament role

59

FM=FM

2sdotzsdotηM minusG

Conform tipului de ansamblu MC ales z =5 Atunci rezultă

ηMminusG =

1 04225minus12sdot5sdot1 042sdot5 (1 04minus1 )

=0 811

Forţa F M se calculează cu expresia (conform [1])

FM =F M +GoTsdot(1+

ac(M )

g )

(375)

unde FM

este sarcina maxima utila la carlig GoT - greutatea moarta la tubare g- acceleratia

gravitationala g= 981 ms2 ac(M )

- acceleratia miscarii carligului are valori cuprinse in domeniul

[0515]∙ ms2

Greutatea moartă la tubare se determină ţinacircnd cont de greutatea elementelor ansamblului

MC a chiolbaşilor (Ch) a elevatorului cu pene (ElP) şi a ramurilor de cablu dintre macara şi

geamblac

GoT =

GMC+G ch+GEl P+GCM

(376)

Deoarece la acest moment nu se cunoaşte tipodimensiunea cablului şi ca urmare masa sa unitară se face aproximaţia

GoT iquestGMC+G ch+GEl P (377)

rezulta

GOT=8446 kN+243kN+20601 kN=1075 kN

Ştiind tipul IF se determină

FM

=200tf= 200∙981 =1962kNSe accepta

ac(M )=1 m s2

si se obtine

FM =1962 kN+107 5 kNsdot(1+ 19 81 )=2080 46 kN

60

Se calculeaza

F =

2080 46 kN2sdot5sdot0 811

=256 531 kN

Se determină sarcina reală minimă de rupere necesară a cablului cu formula

Srmnec gecM middot FM (378)

c M=2 ( conform API) si rezulta

Srmnec =2∙256531kN=513062kN

Se alege un cablu Seale cu o măsură a lui Srm astfel icircncacirct să fie icircndeplinită condiţia următoare

Sr mgtSr m nec

(379)

Ca urmare din [1] tabelul 52 se constată că se poate alege

Cablu Seale 6x19-32-1570 SZ STAS1689-80

caracterizat prin

nT=6 nr toroane

n f=19=1+9+9 nr fire din fiecare torondc=32 mm diametrul nominalRm=1570 MPa rezistenta minima de rupere a sarmelorSr m=531 32 kN sarcina reala minima de rupered0=3 mm diametrul sarmelor centraled1=1 45 mm diametrul sarmelor intermediared2=26 mm diametrul sarmelor exterioarem1 C=3 89 kg m masa unitara

Tipul cablării cruce dreapta (SZ) adică sensul de icircnfăşurare a firelor icircn toron este spre stanga(S) iar sensul de icircnfăşurare a toroanelor icircn cablu este spre dreapta (Z)Sr m=531 32gtSr nec=513 062 kN

Deci conditiaSr mgtSr nec este satisfacuta

Se reia calculul pentru verificare

61

Trebuie sa recalculam FM tinand cont si de greutatea cablului GCM

GCM =2sdotzsdotlr CM(M ) sdotqc (3710)

qc - greutatea unitara a cabluluiqc =m1 Csdotg (3711)

qc =3 89 kg msdot9 81 m s2=38 161 N mlr CM(M ) =(15 m+lp )+sminuslb (3712)

lr CM(M )

=(15 m+27 m)+65 mminus9 m=26 m

in care s=65m ndash spatiu de siguranta lb=9m lungimea unui burlanlp=27m lungimea pasului

GCM=2sdot5sdot26 msdot38 161 N m=9 922 kN

GoT=107 5 kN+9 922kN=117 422kN

Pentru IF F200-2DH vom avea

F =

2091 413 kN2sdot5sdot0 811

=257 88 kN

c M=Sr m

F c M=531 32kN

257 88 kN=2 06gtc=2

Tabelul 375 Parametrii caracteristici ai cablurilor Seale 6 x 19 conform STAS 1689-80

38 Alegerea troliului de foraj

62

FN=200sdot9 81kN+117 442kN (1+ 19 81

)=2091 413kN

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

Fig 32 Construcţia ansamblului-cacircrlig mono-bloc 1 ndash cacircrlig triplex 2 ndash bolţ 3 ndash pahar şi rulment axial 4 ndash tijă 5ndash piston 6 ndash arcuri de destindere 7 ndash piesă de legătură icircntre ansamblul cacircrligului şi macara 8 ndash axul macaralei 9 ndash role 10 ndash rulmenţii macaralei 11 ndash plăci laterale

33Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul de foraj reprezinta partea fixa a masinii macara-geamblac Se monteaza in

grupul mastului pe grinzi numite coroana geamblacului Este format dintr-un ax pe care se

monteaza un anumit numar de role (z+1) prin intermediul unor rulmenti Fiecare rola se misca

independent de celelalte (z-numarul de role de la macara) [1]

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

-geamblacul de foraj tip A este geamblacul de construcţie romacircnească Avantajul acestui tip

constructiv este acela că este o construcţie compactă ce permite rotirea sa cu 180deg

b geamblacul de foraj cu reazeme intermediare pentru fiecare rola

- 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

47

c geamblacul de foraj din două blocuri

- geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se pot roti şi interschimba asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

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

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

a geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

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

b geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

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 ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia [1]

Fig 331 Geamblac cu o roata separata

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 332

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

Alegerea geamblacului de foraj se face in functie de sarcina de lucru maxima de diametrul cablului utilizat de tipul cablului de manevra de tipul macaralei respectiv de tipul ansamblului macara-carlig

48

Pentru instalatia F200-2DH se alege unul din geamblacurile tipizate care sa indeplineasca cerintele impuse

Fig 33 2Geamblac monobloc 1 ndash suport (prin care GF se montează prin şuruburi de coroană ramă) 2ndash ax 3 ndash rolă roată 4 ndash rulment radial-axial cu role conice pe două racircnduri 5 ndash disc distanţier 6 ndash bucşă distanţieră 7 ndash ungător cu bilă (folosit pentru ungerea consistentă a rulmenţilor) (canalele de ungere sunt practicate icircn plan orizontal) 8 ndash placă de presare 9 ndash apărătoare

Pentru instalatia de foraj F 200 se va folosi un geamblac A 6 -32-1250GF-300 (-400C)(vezi [1] cap 54 tab56)adica geamblac de foraj cu 6 roţi role pe ax cu diametrul cablului de manevră de 32 mm

diametrul exterior al rolei de 1250 mm sarcina maximă de lucru 300tfşi temperatura de lucru de ndash

40degC Din tabelul 56 Cap 5 [1]se observă că acest tip de geamblac face parte din clasa

echipamentului (de manevră) 450

Tabel 33 Caracteristicile GeamblaculuiUnMas

Denumire 6-32GF-300Sarcina maxima la coroana geamblacului tf 400

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300Nr Roti manevra - 6

Diam cablului mm 32Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in functie de rulmenti US tonf 416Masa t 28

49

34Alegerea elevatorului 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

Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane de tubare (B-ElPCB) (bdquocasing slip

elevator-spiderrdquo icircn lb en) este o sculă de manevră care se foloseşte icircn timpul tubării puţurilor

atacirct pentru susţinerea coloanei de burlane (CB) ca broască cu pene aşezată pe masa rotativă

(MR) cacirct şi pentru săltarea din penele broaştei şi introducerea coloanei icircn puţ ca elevator (cu

pene) Deci aceste scule se folosesc icircn pereche icircn timpul tubării puţurilor una aşezată pe MR

susţine CB prin icircmpănare icircndeplinind funcţia de broască cu pene (vezi fig 341) iar cealaltă

care este susţinută icircn chiolbaşi avacircnd rolul de elevator (cu pene) se prinde tot prin icircmpănare pe

burlanul care s-a adăugat prin icircnşurubare la coloană saltă CB din broasca cu pene şi o susţine icircn

timpul introducerii ei icircn sondă (vezi fig 342)

Fig 342 Tragerea burlanului pe jilip cu ajutorul unui elevator de tras burlane pentru a fi icircnşurubat icircn

coloana susţinută icircn broasca cu pene

50

Fig 343 Varianta de elevator (cu pene) (cu inel ridicător) a broaştei-elevator cu pene cu două semicorpuri care este susţinută icircn ochiurile inferioare ale chiolbaşilor (11) icircn timpul introducerii coloanei de burlane (12) icircn puţul care se tubează 1 ndash corp carcasă 2 ndash umăr 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă de siguranţă 5 ndash corp de pană 6 ndash bacuri 7 ndash pacirclnie de ghidare 8 ndash cadru ridicător 9 ndash icircmpingătoare 10 ndash mecanism cu pacircrghii de ridicare

Din punct de vedere funcţional se deosebesc tipurile bull broască cu pene (BP) bull elevator cu pene (ElP)

Fig344 Broasca-elevator cu pene

51

In figura 344 este reprezentata Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane (broasca cu pene icircn partea de sus stanga elevatorul cu pene icircn partea dreapta şi vedere de sus a elevatorului cu pene icircn partea de jos) 1ndash corp 2ndash umăr braţ superior 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă (siguranţă pentru chiolbaşi) 5 ndash poartă uşă 6 ndash pene 7 ndash bacuri 8 ndash placă de sprijin (pe masa rotativă) 9 ndash guler de protecţie şi ghidare 10 ndash pacirclnie de ghidare HB ndash icircnălţimea broaştei cu pene HE ndash icircnălţimea elevatorului cu pene l ndash lăţimea broaştei-elevator

Alegerea elevatorului cu pene se face din conditiile urmatoare

FPgtFCBM

(341)

unde

FPleFBminusEl PCB

(342)

Studiind oferta companiei STEROM SA Cacircmpina conform ([1] cap 8 tab88) se alege un elevator cu pene de tipul

B-ElPCB 4frac12 ndash 13⅜ in x 350 ts (9⅝ x 275 ts x 8⅝) (ndash 45ordmC)

icircnseamnă broască-elevator destinată utilizării pentru burlane cu diametrul nominal cuprins

icircntre 4frac12 in şi 13⅜ in (inclusiv) cu sarcina nominală (sarcina maximă de lucru) de 350 ts (320tf)

echipată cu pene set de pene de 958 in cu sarcina nominală (maximă de lucru) de 275 ts (250 tf)

icircn care sunt montate bacuri de 858 in adică această broască-elevator este echipată pentru susţinerea

unei CB de 858 care determină icircn timpul manevrei ei o sarcină maximă la cacircrlig de cel mult 275ts

(250 tf) Ea este executată să lucreze icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash 45 ordmC

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

21t∙981ms2 =20601kN

35 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatorul pentru prăjini de foraj (ElPF) (bdquodrill pipe elevatorrdquo icircn lb en) este o sculă de

manevră care se foloseşte pentru susţinerea garniturii de foraj (GarF) icircn timpul extragerii şi

introducerii ei icircn sondă El prinde sub mufa PF şi este agăţat prin umerii săi icircn ochiurile

inferioare ale chiolbaşilor

ElPF se compune din

52

ndash două corpuri articulate care se icircnchid pe PF prevăzute cu cacircte un umăr cu care se suspendă icircn

ochiurile inferioare (mici) ale chiolbaşilor

ndash icircnchizatorul celor două corpuri

ndash eclise cu bolţuri prinse icircn umeri pentru asigurarea contra ieşirii chiolbaşilor

Elevatoarele se deosebesc prin forma lor modul de icircnchidere a celor două corpuri şi forma

suprafeţei de rezemare a prăjinilor

Din punctul de vedere al icircnchiderii se diferenţiază

ndash ElPF cu icircnchidere centrală (ElPFIcircC)

ndash ElPF cu icircnchidere laterală (ElPFIcircL)

După forma suprafeţei de sprijin al PF se disting

ndash ElPF cu scaun drept (ELPFSD) deci cu suprafaţă de rezemare dreaptă folosite pentru

manevrarea prăjinilor de foraj cu racorduri speciale sudate cu umăr drept (RSSUD) sau cu

racorduri icircnfiletate [1]

Fig 351 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun conic

ndash ElPF cu scaun conic (ElPFSC) care dispun de o suprafaţă de rezemare interioară tronconică cu unghiul de icircnchidere standardizat de 18deg ca şi mufele racordurilor speciale sudate cu umăr conic (RSSUC)

53

Fig 352 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun dreptElevatoarele sunt tipizate prescripţiile generale fiind prevăzute de API Spec 8A [85] şi

Spec 8C [86] Icircn fig 88 este reprezentat un ElPF cu scaun conic iar icircn fig 89 un ElPF cu scaun

drept

In figura 34 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic

Fig 34 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Alegerea elevatorului pentru prajini se face in functie de tipul prajinilor de foraj

1 Daca prajinile sunt cu recorduri speciale infiletate atunci cu scaun drept

2 Daca prajinile sunt cu racorduri speciale sudate atunci cu scaun conic

La alegerea elevatorului trebuie indeplinita conditia

FElgtFGar FMn

(sarcina normala utila de la carlig) (351)

icircn care FGar FM

este sarcina maximă care apare icircn timpul manevrării garniturii pacircnă la adacircncimea

maximă de foraj a puţului respectiv

54

Pentru că prăjinile de foraj sunt cu RSSUC si FGar FM

=122863kN conform tabelului 85

[1] cap 8 se alege un elevator cu scaun conic cu urmatoarea nominalizare

Elevator cu scaun conic 4frac12 x 1214 x 250 adica

elevator cu scaun conic cu dimensiunea nominală de 4frac12 ( pentru prăjini de foraj cu

RSSUC cu diametrul nominal de 4frac12 DPF = 4frac12) cu diametrul interior de 1214 mm (ceea ce

icircnseamnă că se utilizează pentru prăjini cu capetele fie cu II fie cu IEI (conform tabelului 85 cap

8) şi cu sarcina maximă de lucru de 250 tf cu masa mEl=1828kg conform NR 05-1018R STEROM

SA

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

ELpF= mEl middot g (253)

GEl = 1828 kg middot 981 ms2 = 18 kN

36Alegerea chiolbasilor

Chiolbaşii (Ch) (bdquothe drilling linksrdquo bdquoelevator linksrdquo icircn lb en) denumiţi şi bdquobraţele de

elevatorrdquo sunt scule de foraj care fac legătura icircntre cacircrlig şi elevator fiind utilizaţi icircn timpul

manevrei garniturii de foraj (GarF) şi coloanelor de burlane (CB)

Ei se agaţă cu ochiurile superioare de umerii cacircrligului şi susţin cu ochiurile lor inferioare

elevatorul prin umerii acestuia (vezi fig 361) Astfel sarcina datorată GarF sau CB este

preluată prin intermediul elevatorului de către Ch care o transmit cacircrligului [1]

55

Fig 361 Ansamblul format din macara-cacircrlig chiolbaşi şi elevator icircncare este susţinută garnitura de foraj icircn timpul manevrei acesteia

Din punct de vedere al sarcinii de lucru exista 3 tipuri de chiolbasi

1 Usor (sarcini mici)

2 Mediu (sarcini medii)

3 Greu (sarcini mari)

Tipul usor are forma de za alungita iar cel mediu si greu ndash de bara prevazuta la ambele capete cu

ochiuri

Chiolbasii se executa prin forjare in matrita dintr-o singura bucata de otel slab aliat de

constructii pentru a se asigura o rezistenta mare atat prin fibrajul obtinut prin procedeul tehnologic

respective cat si prin compozitie si prin TT folosit

Fig 362 Diferite tipuri de chiolbaşi

Alegerea chiolbasilor se face in functie de sarcina de lucru si de lungimea nominala

Fig 363 Tipurile de chiolbaşi şi dimensiunile lor principale a ndash chiolbaş de tipul uşor b ndash chiolbaş de tipul mediu c ndash chiolbaş de tipul greu C2 ndash raza de curbură interioară a ochiului superior G1 ndash raza de curbură interioară a ochiului

56

inferior D2 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului superior cu umărul cacircrligului H1 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului inferior cu umărul elevatorului d d1 ndash diametrul barei L ndash lungimea de lucru (dintre

punctele de sprijin pe umărul cacircrligului şi pe umărul elevatorului)

Conform normelor prevazute pentru F200-2DH se aleg chiolbasi de tip greu serie Chiolbaşi 69 x 2100 x 320

Gama de sarcini Fch = 320 tf perDimensiuni principale- d1 = 85 mm- C2 = 108 mm

- G1 =70 mm- D2 = 34 mm - H1 = 345 mm- Lungimea totala Lch = 2100 mm- Masa netă informativă mch = 247 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (36)

GCh = 247 kg middot 981 ms2 = 243 kN

37Alegerea cablului de manevra

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

1 la manevră cablul de manevră sau de foraj

2 la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcărit

3 la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancoră

4 pentru rabaterea turlei cablul de praştie

5 la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electrici

Cablurile 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

57

1 de acelaşi diametru 5 la fire2 de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 371)

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

Fig 371 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

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

1 organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)

2 metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)

3 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 ]

58

Fig 372 Cablarea a ndash icircnfăşurarea spre dreapta b ndash icircnfăşurarea spre stacircngac ndash cablarea icircn cruce stacircnga (ZS) d ndash cablarea icircn cruce dreapta (SZ)e ndash cablarea paralelă dreapta (ZZ) f ndash cablarea paralelă stacircnga (SS)

Alegerea cablului se face pe baza sarcinii sale reale minime de rupere (Srm) astfel icircncacirct să fie satisfăcută condiţia de rezistenţă (vezi [1])

Srm gecM middot FM (37)

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

CM - coeficientul de siguranţă pentru operatiile de tubare si instrumentatie care se accepta egal cu

valoarea 2 conform API Spec9B iar FM ste forta maxima din RA a infasurarii cablului Ea se

determina cu expresia[1]

(372)

in care FM este forta totala care actioneaza asupra ramurilor din cablu z ndash nr de role de la macaraηMminusG - randamentul masinii macara-geamblac la ridicareRandamentul masinii macara-geamblac la ridicare se obtine cu relatia (cf[1])

ηMminusG=β2 ∙Zminus1

2 ∙ Z ∙ β2 ∙Z ∙ ( βminus1 ) (373)

unde β este inversul randamentului unei role

β= 1ηRo

(374)

pentru care se admite valoarea β =104 conform API iar ηRo =096 (API) randament role

59

FM=FM

2sdotzsdotηM minusG

Conform tipului de ansamblu MC ales z =5 Atunci rezultă

ηMminusG =

1 04225minus12sdot5sdot1 042sdot5 (1 04minus1 )

=0 811

Forţa F M se calculează cu expresia (conform [1])

FM =F M +GoTsdot(1+

ac(M )

g )

(375)

unde FM

este sarcina maxima utila la carlig GoT - greutatea moarta la tubare g- acceleratia

gravitationala g= 981 ms2 ac(M )

- acceleratia miscarii carligului are valori cuprinse in domeniul

[0515]∙ ms2

Greutatea moartă la tubare se determină ţinacircnd cont de greutatea elementelor ansamblului

MC a chiolbaşilor (Ch) a elevatorului cu pene (ElP) şi a ramurilor de cablu dintre macara şi

geamblac

GoT =

GMC+G ch+GEl P+GCM

(376)

Deoarece la acest moment nu se cunoaşte tipodimensiunea cablului şi ca urmare masa sa unitară se face aproximaţia

GoT iquestGMC+G ch+GEl P (377)

rezulta

GOT=8446 kN+243kN+20601 kN=1075 kN

Ştiind tipul IF se determină

FM

=200tf= 200∙981 =1962kNSe accepta

ac(M )=1 m s2

si se obtine

FM =1962 kN+107 5 kNsdot(1+ 19 81 )=2080 46 kN

60

Se calculeaza

F =

2080 46 kN2sdot5sdot0 811

=256 531 kN

Se determină sarcina reală minimă de rupere necesară a cablului cu formula

Srmnec gecM middot FM (378)

c M=2 ( conform API) si rezulta

Srmnec =2∙256531kN=513062kN

Se alege un cablu Seale cu o măsură a lui Srm astfel icircncacirct să fie icircndeplinită condiţia următoare

Sr mgtSr m nec

(379)

Ca urmare din [1] tabelul 52 se constată că se poate alege

Cablu Seale 6x19-32-1570 SZ STAS1689-80

caracterizat prin

nT=6 nr toroane

n f=19=1+9+9 nr fire din fiecare torondc=32 mm diametrul nominalRm=1570 MPa rezistenta minima de rupere a sarmelorSr m=531 32 kN sarcina reala minima de rupered0=3 mm diametrul sarmelor centraled1=1 45 mm diametrul sarmelor intermediared2=26 mm diametrul sarmelor exterioarem1 C=3 89 kg m masa unitara

Tipul cablării cruce dreapta (SZ) adică sensul de icircnfăşurare a firelor icircn toron este spre stanga(S) iar sensul de icircnfăşurare a toroanelor icircn cablu este spre dreapta (Z)Sr m=531 32gtSr nec=513 062 kN

Deci conditiaSr mgtSr nec este satisfacuta

Se reia calculul pentru verificare

61

Trebuie sa recalculam FM tinand cont si de greutatea cablului GCM

GCM =2sdotzsdotlr CM(M ) sdotqc (3710)

qc - greutatea unitara a cabluluiqc =m1 Csdotg (3711)

qc =3 89 kg msdot9 81 m s2=38 161 N mlr CM(M ) =(15 m+lp )+sminuslb (3712)

lr CM(M )

=(15 m+27 m)+65 mminus9 m=26 m

in care s=65m ndash spatiu de siguranta lb=9m lungimea unui burlanlp=27m lungimea pasului

GCM=2sdot5sdot26 msdot38 161 N m=9 922 kN

GoT=107 5 kN+9 922kN=117 422kN

Pentru IF F200-2DH vom avea

F =

2091 413 kN2sdot5sdot0 811

=257 88 kN

c M=Sr m

F c M=531 32kN

257 88 kN=2 06gtc=2

Tabelul 375 Parametrii caracteristici ai cablurilor Seale 6 x 19 conform STAS 1689-80

38 Alegerea troliului de foraj

62

FN=200sdot9 81kN+117 442kN (1+ 19 81

)=2091 413kN

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

c geamblacul de foraj din două blocuri

- geamblacul de foraj tip C este format din două blocuri care se pot roti şi interschimba asiguracircnd o manipulare uşoară

d geamblacul de foraj cu mai multe axe

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

2 Geamblacuri de foraj cu două etaje

a geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plan vertical

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

b geamblacul de foraj cu rolele montate icircn plane diferite

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 ca icircn variantă constructivă A Din cauza dispunerii rolelor icircn plane diferite apare ca avantajoasă icircnfăşurarea cablului din punct de vedere al inflexiunilor acestuia [1]

Fig 331 Geamblac cu o roata separata

Componenţa geamblacului de foraj este pusă icircn evidenţă de figura 332

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

Alegerea geamblacului de foraj se face in functie de sarcina de lucru maxima de diametrul cablului utilizat de tipul cablului de manevra de tipul macaralei respectiv de tipul ansamblului macara-carlig

48

Pentru instalatia F200-2DH se alege unul din geamblacurile tipizate care sa indeplineasca cerintele impuse

Fig 33 2Geamblac monobloc 1 ndash suport (prin care GF se montează prin şuruburi de coroană ramă) 2ndash ax 3 ndash rolă roată 4 ndash rulment radial-axial cu role conice pe două racircnduri 5 ndash disc distanţier 6 ndash bucşă distanţieră 7 ndash ungător cu bilă (folosit pentru ungerea consistentă a rulmenţilor) (canalele de ungere sunt practicate icircn plan orizontal) 8 ndash placă de presare 9 ndash apărătoare

Pentru instalatia de foraj F 200 se va folosi un geamblac A 6 -32-1250GF-300 (-400C)(vezi [1] cap 54 tab56)adica geamblac de foraj cu 6 roţi role pe ax cu diametrul cablului de manevră de 32 mm

diametrul exterior al rolei de 1250 mm sarcina maximă de lucru 300tfşi temperatura de lucru de ndash

40degC Din tabelul 56 Cap 5 [1]se observă că acest tip de geamblac face parte din clasa

echipamentului (de manevră) 450

Tabel 33 Caracteristicile GeamblaculuiUnMas

Denumire 6-32GF-300Sarcina maxima la coroana geamblacului tf 400

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300Nr Roti manevra - 6

Diam cablului mm 32Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in functie de rulmenti US tonf 416Masa t 28

49

34Alegerea elevatorului 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

Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane de tubare (B-ElPCB) (bdquocasing slip

elevator-spiderrdquo icircn lb en) este o sculă de manevră care se foloseşte icircn timpul tubării puţurilor

atacirct pentru susţinerea coloanei de burlane (CB) ca broască cu pene aşezată pe masa rotativă

(MR) cacirct şi pentru săltarea din penele broaştei şi introducerea coloanei icircn puţ ca elevator (cu

pene) Deci aceste scule se folosesc icircn pereche icircn timpul tubării puţurilor una aşezată pe MR

susţine CB prin icircmpănare icircndeplinind funcţia de broască cu pene (vezi fig 341) iar cealaltă

care este susţinută icircn chiolbaşi avacircnd rolul de elevator (cu pene) se prinde tot prin icircmpănare pe

burlanul care s-a adăugat prin icircnşurubare la coloană saltă CB din broasca cu pene şi o susţine icircn

timpul introducerii ei icircn sondă (vezi fig 342)

Fig 342 Tragerea burlanului pe jilip cu ajutorul unui elevator de tras burlane pentru a fi icircnşurubat icircn

coloana susţinută icircn broasca cu pene

50

Fig 343 Varianta de elevator (cu pene) (cu inel ridicător) a broaştei-elevator cu pene cu două semicorpuri care este susţinută icircn ochiurile inferioare ale chiolbaşilor (11) icircn timpul introducerii coloanei de burlane (12) icircn puţul care se tubează 1 ndash corp carcasă 2 ndash umăr 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă de siguranţă 5 ndash corp de pană 6 ndash bacuri 7 ndash pacirclnie de ghidare 8 ndash cadru ridicător 9 ndash icircmpingătoare 10 ndash mecanism cu pacircrghii de ridicare

Din punct de vedere funcţional se deosebesc tipurile bull broască cu pene (BP) bull elevator cu pene (ElP)

Fig344 Broasca-elevator cu pene

51

In figura 344 este reprezentata Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane (broasca cu pene icircn partea de sus stanga elevatorul cu pene icircn partea dreapta şi vedere de sus a elevatorului cu pene icircn partea de jos) 1ndash corp 2ndash umăr braţ superior 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă (siguranţă pentru chiolbaşi) 5 ndash poartă uşă 6 ndash pene 7 ndash bacuri 8 ndash placă de sprijin (pe masa rotativă) 9 ndash guler de protecţie şi ghidare 10 ndash pacirclnie de ghidare HB ndash icircnălţimea broaştei cu pene HE ndash icircnălţimea elevatorului cu pene l ndash lăţimea broaştei-elevator

Alegerea elevatorului cu pene se face din conditiile urmatoare

FPgtFCBM

(341)

unde

FPleFBminusEl PCB

(342)

Studiind oferta companiei STEROM SA Cacircmpina conform ([1] cap 8 tab88) se alege un elevator cu pene de tipul

B-ElPCB 4frac12 ndash 13⅜ in x 350 ts (9⅝ x 275 ts x 8⅝) (ndash 45ordmC)

icircnseamnă broască-elevator destinată utilizării pentru burlane cu diametrul nominal cuprins

icircntre 4frac12 in şi 13⅜ in (inclusiv) cu sarcina nominală (sarcina maximă de lucru) de 350 ts (320tf)

echipată cu pene set de pene de 958 in cu sarcina nominală (maximă de lucru) de 275 ts (250 tf)

icircn care sunt montate bacuri de 858 in adică această broască-elevator este echipată pentru susţinerea

unei CB de 858 care determină icircn timpul manevrei ei o sarcină maximă la cacircrlig de cel mult 275ts

(250 tf) Ea este executată să lucreze icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash 45 ordmC

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

21t∙981ms2 =20601kN

35 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatorul pentru prăjini de foraj (ElPF) (bdquodrill pipe elevatorrdquo icircn lb en) este o sculă de

manevră care se foloseşte pentru susţinerea garniturii de foraj (GarF) icircn timpul extragerii şi

introducerii ei icircn sondă El prinde sub mufa PF şi este agăţat prin umerii săi icircn ochiurile

inferioare ale chiolbaşilor

ElPF se compune din

52

ndash două corpuri articulate care se icircnchid pe PF prevăzute cu cacircte un umăr cu care se suspendă icircn

ochiurile inferioare (mici) ale chiolbaşilor

ndash icircnchizatorul celor două corpuri

ndash eclise cu bolţuri prinse icircn umeri pentru asigurarea contra ieşirii chiolbaşilor

Elevatoarele se deosebesc prin forma lor modul de icircnchidere a celor două corpuri şi forma

suprafeţei de rezemare a prăjinilor

Din punctul de vedere al icircnchiderii se diferenţiază

ndash ElPF cu icircnchidere centrală (ElPFIcircC)

ndash ElPF cu icircnchidere laterală (ElPFIcircL)

După forma suprafeţei de sprijin al PF se disting

ndash ElPF cu scaun drept (ELPFSD) deci cu suprafaţă de rezemare dreaptă folosite pentru

manevrarea prăjinilor de foraj cu racorduri speciale sudate cu umăr drept (RSSUD) sau cu

racorduri icircnfiletate [1]

Fig 351 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun conic

ndash ElPF cu scaun conic (ElPFSC) care dispun de o suprafaţă de rezemare interioară tronconică cu unghiul de icircnchidere standardizat de 18deg ca şi mufele racordurilor speciale sudate cu umăr conic (RSSUC)

53

Fig 352 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun dreptElevatoarele sunt tipizate prescripţiile generale fiind prevăzute de API Spec 8A [85] şi

Spec 8C [86] Icircn fig 88 este reprezentat un ElPF cu scaun conic iar icircn fig 89 un ElPF cu scaun

drept

In figura 34 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic

Fig 34 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Alegerea elevatorului pentru prajini se face in functie de tipul prajinilor de foraj

1 Daca prajinile sunt cu recorduri speciale infiletate atunci cu scaun drept

2 Daca prajinile sunt cu racorduri speciale sudate atunci cu scaun conic

La alegerea elevatorului trebuie indeplinita conditia

FElgtFGar FMn

(sarcina normala utila de la carlig) (351)

icircn care FGar FM

este sarcina maximă care apare icircn timpul manevrării garniturii pacircnă la adacircncimea

maximă de foraj a puţului respectiv

54

Pentru că prăjinile de foraj sunt cu RSSUC si FGar FM

=122863kN conform tabelului 85

[1] cap 8 se alege un elevator cu scaun conic cu urmatoarea nominalizare

Elevator cu scaun conic 4frac12 x 1214 x 250 adica

elevator cu scaun conic cu dimensiunea nominală de 4frac12 ( pentru prăjini de foraj cu

RSSUC cu diametrul nominal de 4frac12 DPF = 4frac12) cu diametrul interior de 1214 mm (ceea ce

icircnseamnă că se utilizează pentru prăjini cu capetele fie cu II fie cu IEI (conform tabelului 85 cap

8) şi cu sarcina maximă de lucru de 250 tf cu masa mEl=1828kg conform NR 05-1018R STEROM

SA

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

ELpF= mEl middot g (253)

GEl = 1828 kg middot 981 ms2 = 18 kN

36Alegerea chiolbasilor

Chiolbaşii (Ch) (bdquothe drilling linksrdquo bdquoelevator linksrdquo icircn lb en) denumiţi şi bdquobraţele de

elevatorrdquo sunt scule de foraj care fac legătura icircntre cacircrlig şi elevator fiind utilizaţi icircn timpul

manevrei garniturii de foraj (GarF) şi coloanelor de burlane (CB)

Ei se agaţă cu ochiurile superioare de umerii cacircrligului şi susţin cu ochiurile lor inferioare

elevatorul prin umerii acestuia (vezi fig 361) Astfel sarcina datorată GarF sau CB este

preluată prin intermediul elevatorului de către Ch care o transmit cacircrligului [1]

55

Fig 361 Ansamblul format din macara-cacircrlig chiolbaşi şi elevator icircncare este susţinută garnitura de foraj icircn timpul manevrei acesteia

Din punct de vedere al sarcinii de lucru exista 3 tipuri de chiolbasi

1 Usor (sarcini mici)

2 Mediu (sarcini medii)

3 Greu (sarcini mari)

Tipul usor are forma de za alungita iar cel mediu si greu ndash de bara prevazuta la ambele capete cu

ochiuri

Chiolbasii se executa prin forjare in matrita dintr-o singura bucata de otel slab aliat de

constructii pentru a se asigura o rezistenta mare atat prin fibrajul obtinut prin procedeul tehnologic

respective cat si prin compozitie si prin TT folosit

Fig 362 Diferite tipuri de chiolbaşi

Alegerea chiolbasilor se face in functie de sarcina de lucru si de lungimea nominala

Fig 363 Tipurile de chiolbaşi şi dimensiunile lor principale a ndash chiolbaş de tipul uşor b ndash chiolbaş de tipul mediu c ndash chiolbaş de tipul greu C2 ndash raza de curbură interioară a ochiului superior G1 ndash raza de curbură interioară a ochiului

56

inferior D2 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului superior cu umărul cacircrligului H1 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului inferior cu umărul elevatorului d d1 ndash diametrul barei L ndash lungimea de lucru (dintre

punctele de sprijin pe umărul cacircrligului şi pe umărul elevatorului)

Conform normelor prevazute pentru F200-2DH se aleg chiolbasi de tip greu serie Chiolbaşi 69 x 2100 x 320

Gama de sarcini Fch = 320 tf perDimensiuni principale- d1 = 85 mm- C2 = 108 mm

- G1 =70 mm- D2 = 34 mm - H1 = 345 mm- Lungimea totala Lch = 2100 mm- Masa netă informativă mch = 247 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (36)

GCh = 247 kg middot 981 ms2 = 243 kN

37Alegerea cablului de manevra

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

1 la manevră cablul de manevră sau de foraj

2 la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcărit

3 la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancoră

4 pentru rabaterea turlei cablul de praştie

5 la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electrici

Cablurile 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

57

1 de acelaşi diametru 5 la fire2 de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 371)

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

Fig 371 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

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

1 organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)

2 metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)

3 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 ]

58

Fig 372 Cablarea a ndash icircnfăşurarea spre dreapta b ndash icircnfăşurarea spre stacircngac ndash cablarea icircn cruce stacircnga (ZS) d ndash cablarea icircn cruce dreapta (SZ)e ndash cablarea paralelă dreapta (ZZ) f ndash cablarea paralelă stacircnga (SS)

Alegerea cablului se face pe baza sarcinii sale reale minime de rupere (Srm) astfel icircncacirct să fie satisfăcută condiţia de rezistenţă (vezi [1])

Srm gecM middot FM (37)

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

CM - coeficientul de siguranţă pentru operatiile de tubare si instrumentatie care se accepta egal cu

valoarea 2 conform API Spec9B iar FM ste forta maxima din RA a infasurarii cablului Ea se

determina cu expresia[1]

(372)

in care FM este forta totala care actioneaza asupra ramurilor din cablu z ndash nr de role de la macaraηMminusG - randamentul masinii macara-geamblac la ridicareRandamentul masinii macara-geamblac la ridicare se obtine cu relatia (cf[1])

ηMminusG=β2 ∙Zminus1

2 ∙ Z ∙ β2 ∙Z ∙ ( βminus1 ) (373)

unde β este inversul randamentului unei role

β= 1ηRo

(374)

pentru care se admite valoarea β =104 conform API iar ηRo =096 (API) randament role

59

FM=FM

2sdotzsdotηM minusG

Conform tipului de ansamblu MC ales z =5 Atunci rezultă

ηMminusG =

1 04225minus12sdot5sdot1 042sdot5 (1 04minus1 )

=0 811

Forţa F M se calculează cu expresia (conform [1])

FM =F M +GoTsdot(1+

ac(M )

g )

(375)

unde FM

este sarcina maxima utila la carlig GoT - greutatea moarta la tubare g- acceleratia

gravitationala g= 981 ms2 ac(M )

- acceleratia miscarii carligului are valori cuprinse in domeniul

[0515]∙ ms2

Greutatea moartă la tubare se determină ţinacircnd cont de greutatea elementelor ansamblului

MC a chiolbaşilor (Ch) a elevatorului cu pene (ElP) şi a ramurilor de cablu dintre macara şi

geamblac

GoT =

GMC+G ch+GEl P+GCM

(376)

Deoarece la acest moment nu se cunoaşte tipodimensiunea cablului şi ca urmare masa sa unitară se face aproximaţia

GoT iquestGMC+G ch+GEl P (377)

rezulta

GOT=8446 kN+243kN+20601 kN=1075 kN

Ştiind tipul IF se determină

FM

=200tf= 200∙981 =1962kNSe accepta

ac(M )=1 m s2

si se obtine

FM =1962 kN+107 5 kNsdot(1+ 19 81 )=2080 46 kN

60

Se calculeaza

F =

2080 46 kN2sdot5sdot0 811

=256 531 kN

Se determină sarcina reală minimă de rupere necesară a cablului cu formula

Srmnec gecM middot FM (378)

c M=2 ( conform API) si rezulta

Srmnec =2∙256531kN=513062kN

Se alege un cablu Seale cu o măsură a lui Srm astfel icircncacirct să fie icircndeplinită condiţia următoare

Sr mgtSr m nec

(379)

Ca urmare din [1] tabelul 52 se constată că se poate alege

Cablu Seale 6x19-32-1570 SZ STAS1689-80

caracterizat prin

nT=6 nr toroane

n f=19=1+9+9 nr fire din fiecare torondc=32 mm diametrul nominalRm=1570 MPa rezistenta minima de rupere a sarmelorSr m=531 32 kN sarcina reala minima de rupered0=3 mm diametrul sarmelor centraled1=1 45 mm diametrul sarmelor intermediared2=26 mm diametrul sarmelor exterioarem1 C=3 89 kg m masa unitara

Tipul cablării cruce dreapta (SZ) adică sensul de icircnfăşurare a firelor icircn toron este spre stanga(S) iar sensul de icircnfăşurare a toroanelor icircn cablu este spre dreapta (Z)Sr m=531 32gtSr nec=513 062 kN

Deci conditiaSr mgtSr nec este satisfacuta

Se reia calculul pentru verificare

61

Trebuie sa recalculam FM tinand cont si de greutatea cablului GCM

GCM =2sdotzsdotlr CM(M ) sdotqc (3710)

qc - greutatea unitara a cabluluiqc =m1 Csdotg (3711)

qc =3 89 kg msdot9 81 m s2=38 161 N mlr CM(M ) =(15 m+lp )+sminuslb (3712)

lr CM(M )

=(15 m+27 m)+65 mminus9 m=26 m

in care s=65m ndash spatiu de siguranta lb=9m lungimea unui burlanlp=27m lungimea pasului

GCM=2sdot5sdot26 msdot38 161 N m=9 922 kN

GoT=107 5 kN+9 922kN=117 422kN

Pentru IF F200-2DH vom avea

F =

2091 413 kN2sdot5sdot0 811

=257 88 kN

c M=Sr m

F c M=531 32kN

257 88 kN=2 06gtc=2

Tabelul 375 Parametrii caracteristici ai cablurilor Seale 6 x 19 conform STAS 1689-80

38 Alegerea troliului de foraj

62

FN=200sdot9 81kN+117 442kN (1+ 19 81

)=2091 413kN

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

Pentru instalatia F200-2DH se alege unul din geamblacurile tipizate care sa indeplineasca cerintele impuse

Fig 33 2Geamblac monobloc 1 ndash suport (prin care GF se montează prin şuruburi de coroană ramă) 2ndash ax 3 ndash rolă roată 4 ndash rulment radial-axial cu role conice pe două racircnduri 5 ndash disc distanţier 6 ndash bucşă distanţieră 7 ndash ungător cu bilă (folosit pentru ungerea consistentă a rulmenţilor) (canalele de ungere sunt practicate icircn plan orizontal) 8 ndash placă de presare 9 ndash apărătoare

Pentru instalatia de foraj F 200 se va folosi un geamblac A 6 -32-1250GF-300 (-400C)(vezi [1] cap 54 tab56)adica geamblac de foraj cu 6 roţi role pe ax cu diametrul cablului de manevră de 32 mm

diametrul exterior al rolei de 1250 mm sarcina maximă de lucru 300tfşi temperatura de lucru de ndash

40degC Din tabelul 56 Cap 5 [1]se observă că acest tip de geamblac face parte din clasa

echipamentului (de manevră) 450

Tabel 33 Caracteristicile GeamblaculuiUnMas

Denumire 6-32GF-300Sarcina maxima la coroana geamblacului tf 400

Sarcina maxima de lucru la carlig tf 300Nr Roti manevra - 6

Diam cablului mm 32Diam ext al rotii mm 1250

Diam de fund al rotii mm 1140Tipul rulmentilor - 57952

Sarcina maxima in functie de rulmenti US tonf 416Masa t 28

49

34Alegerea elevatorului 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

Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane de tubare (B-ElPCB) (bdquocasing slip

elevator-spiderrdquo icircn lb en) este o sculă de manevră care se foloseşte icircn timpul tubării puţurilor

atacirct pentru susţinerea coloanei de burlane (CB) ca broască cu pene aşezată pe masa rotativă

(MR) cacirct şi pentru săltarea din penele broaştei şi introducerea coloanei icircn puţ ca elevator (cu

pene) Deci aceste scule se folosesc icircn pereche icircn timpul tubării puţurilor una aşezată pe MR

susţine CB prin icircmpănare icircndeplinind funcţia de broască cu pene (vezi fig 341) iar cealaltă

care este susţinută icircn chiolbaşi avacircnd rolul de elevator (cu pene) se prinde tot prin icircmpănare pe

burlanul care s-a adăugat prin icircnşurubare la coloană saltă CB din broasca cu pene şi o susţine icircn

timpul introducerii ei icircn sondă (vezi fig 342)

Fig 342 Tragerea burlanului pe jilip cu ajutorul unui elevator de tras burlane pentru a fi icircnşurubat icircn

coloana susţinută icircn broasca cu pene

50

Fig 343 Varianta de elevator (cu pene) (cu inel ridicător) a broaştei-elevator cu pene cu două semicorpuri care este susţinută icircn ochiurile inferioare ale chiolbaşilor (11) icircn timpul introducerii coloanei de burlane (12) icircn puţul care se tubează 1 ndash corp carcasă 2 ndash umăr 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă de siguranţă 5 ndash corp de pană 6 ndash bacuri 7 ndash pacirclnie de ghidare 8 ndash cadru ridicător 9 ndash icircmpingătoare 10 ndash mecanism cu pacircrghii de ridicare

Din punct de vedere funcţional se deosebesc tipurile bull broască cu pene (BP) bull elevator cu pene (ElP)

Fig344 Broasca-elevator cu pene

51

In figura 344 este reprezentata Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane (broasca cu pene icircn partea de sus stanga elevatorul cu pene icircn partea dreapta şi vedere de sus a elevatorului cu pene icircn partea de jos) 1ndash corp 2ndash umăr braţ superior 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă (siguranţă pentru chiolbaşi) 5 ndash poartă uşă 6 ndash pene 7 ndash bacuri 8 ndash placă de sprijin (pe masa rotativă) 9 ndash guler de protecţie şi ghidare 10 ndash pacirclnie de ghidare HB ndash icircnălţimea broaştei cu pene HE ndash icircnălţimea elevatorului cu pene l ndash lăţimea broaştei-elevator

Alegerea elevatorului cu pene se face din conditiile urmatoare

FPgtFCBM

(341)

unde

FPleFBminusEl PCB

(342)

Studiind oferta companiei STEROM SA Cacircmpina conform ([1] cap 8 tab88) se alege un elevator cu pene de tipul

B-ElPCB 4frac12 ndash 13⅜ in x 350 ts (9⅝ x 275 ts x 8⅝) (ndash 45ordmC)

icircnseamnă broască-elevator destinată utilizării pentru burlane cu diametrul nominal cuprins

icircntre 4frac12 in şi 13⅜ in (inclusiv) cu sarcina nominală (sarcina maximă de lucru) de 350 ts (320tf)

echipată cu pene set de pene de 958 in cu sarcina nominală (maximă de lucru) de 275 ts (250 tf)

icircn care sunt montate bacuri de 858 in adică această broască-elevator este echipată pentru susţinerea

unei CB de 858 care determină icircn timpul manevrei ei o sarcină maximă la cacircrlig de cel mult 275ts

(250 tf) Ea este executată să lucreze icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash 45 ordmC

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

21t∙981ms2 =20601kN

35 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatorul pentru prăjini de foraj (ElPF) (bdquodrill pipe elevatorrdquo icircn lb en) este o sculă de

manevră care se foloseşte pentru susţinerea garniturii de foraj (GarF) icircn timpul extragerii şi

introducerii ei icircn sondă El prinde sub mufa PF şi este agăţat prin umerii săi icircn ochiurile

inferioare ale chiolbaşilor

ElPF se compune din

52

ndash două corpuri articulate care se icircnchid pe PF prevăzute cu cacircte un umăr cu care se suspendă icircn

ochiurile inferioare (mici) ale chiolbaşilor

ndash icircnchizatorul celor două corpuri

ndash eclise cu bolţuri prinse icircn umeri pentru asigurarea contra ieşirii chiolbaşilor

Elevatoarele se deosebesc prin forma lor modul de icircnchidere a celor două corpuri şi forma

suprafeţei de rezemare a prăjinilor

Din punctul de vedere al icircnchiderii se diferenţiază

ndash ElPF cu icircnchidere centrală (ElPFIcircC)

ndash ElPF cu icircnchidere laterală (ElPFIcircL)

După forma suprafeţei de sprijin al PF se disting

ndash ElPF cu scaun drept (ELPFSD) deci cu suprafaţă de rezemare dreaptă folosite pentru

manevrarea prăjinilor de foraj cu racorduri speciale sudate cu umăr drept (RSSUD) sau cu

racorduri icircnfiletate [1]

Fig 351 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun conic

ndash ElPF cu scaun conic (ElPFSC) care dispun de o suprafaţă de rezemare interioară tronconică cu unghiul de icircnchidere standardizat de 18deg ca şi mufele racordurilor speciale sudate cu umăr conic (RSSUC)

53

Fig 352 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun dreptElevatoarele sunt tipizate prescripţiile generale fiind prevăzute de API Spec 8A [85] şi

Spec 8C [86] Icircn fig 88 este reprezentat un ElPF cu scaun conic iar icircn fig 89 un ElPF cu scaun

drept

In figura 34 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic

Fig 34 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Alegerea elevatorului pentru prajini se face in functie de tipul prajinilor de foraj

1 Daca prajinile sunt cu recorduri speciale infiletate atunci cu scaun drept

2 Daca prajinile sunt cu racorduri speciale sudate atunci cu scaun conic

La alegerea elevatorului trebuie indeplinita conditia

FElgtFGar FMn

(sarcina normala utila de la carlig) (351)

icircn care FGar FM

este sarcina maximă care apare icircn timpul manevrării garniturii pacircnă la adacircncimea

maximă de foraj a puţului respectiv

54

Pentru că prăjinile de foraj sunt cu RSSUC si FGar FM

=122863kN conform tabelului 85

[1] cap 8 se alege un elevator cu scaun conic cu urmatoarea nominalizare

Elevator cu scaun conic 4frac12 x 1214 x 250 adica

elevator cu scaun conic cu dimensiunea nominală de 4frac12 ( pentru prăjini de foraj cu

RSSUC cu diametrul nominal de 4frac12 DPF = 4frac12) cu diametrul interior de 1214 mm (ceea ce

icircnseamnă că se utilizează pentru prăjini cu capetele fie cu II fie cu IEI (conform tabelului 85 cap

8) şi cu sarcina maximă de lucru de 250 tf cu masa mEl=1828kg conform NR 05-1018R STEROM

SA

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

ELpF= mEl middot g (253)

GEl = 1828 kg middot 981 ms2 = 18 kN

36Alegerea chiolbasilor

Chiolbaşii (Ch) (bdquothe drilling linksrdquo bdquoelevator linksrdquo icircn lb en) denumiţi şi bdquobraţele de

elevatorrdquo sunt scule de foraj care fac legătura icircntre cacircrlig şi elevator fiind utilizaţi icircn timpul

manevrei garniturii de foraj (GarF) şi coloanelor de burlane (CB)

Ei se agaţă cu ochiurile superioare de umerii cacircrligului şi susţin cu ochiurile lor inferioare

elevatorul prin umerii acestuia (vezi fig 361) Astfel sarcina datorată GarF sau CB este

preluată prin intermediul elevatorului de către Ch care o transmit cacircrligului [1]

55

Fig 361 Ansamblul format din macara-cacircrlig chiolbaşi şi elevator icircncare este susţinută garnitura de foraj icircn timpul manevrei acesteia

Din punct de vedere al sarcinii de lucru exista 3 tipuri de chiolbasi

1 Usor (sarcini mici)

2 Mediu (sarcini medii)

3 Greu (sarcini mari)

Tipul usor are forma de za alungita iar cel mediu si greu ndash de bara prevazuta la ambele capete cu

ochiuri

Chiolbasii se executa prin forjare in matrita dintr-o singura bucata de otel slab aliat de

constructii pentru a se asigura o rezistenta mare atat prin fibrajul obtinut prin procedeul tehnologic

respective cat si prin compozitie si prin TT folosit

Fig 362 Diferite tipuri de chiolbaşi

Alegerea chiolbasilor se face in functie de sarcina de lucru si de lungimea nominala

Fig 363 Tipurile de chiolbaşi şi dimensiunile lor principale a ndash chiolbaş de tipul uşor b ndash chiolbaş de tipul mediu c ndash chiolbaş de tipul greu C2 ndash raza de curbură interioară a ochiului superior G1 ndash raza de curbură interioară a ochiului

56

inferior D2 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului superior cu umărul cacircrligului H1 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului inferior cu umărul elevatorului d d1 ndash diametrul barei L ndash lungimea de lucru (dintre

punctele de sprijin pe umărul cacircrligului şi pe umărul elevatorului)

Conform normelor prevazute pentru F200-2DH se aleg chiolbasi de tip greu serie Chiolbaşi 69 x 2100 x 320

Gama de sarcini Fch = 320 tf perDimensiuni principale- d1 = 85 mm- C2 = 108 mm

- G1 =70 mm- D2 = 34 mm - H1 = 345 mm- Lungimea totala Lch = 2100 mm- Masa netă informativă mch = 247 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (36)

GCh = 247 kg middot 981 ms2 = 243 kN

37Alegerea cablului de manevra

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

1 la manevră cablul de manevră sau de foraj

2 la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcărit

3 la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancoră

4 pentru rabaterea turlei cablul de praştie

5 la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electrici

Cablurile 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

57

1 de acelaşi diametru 5 la fire2 de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 371)

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

Fig 371 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

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

1 organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)

2 metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)

3 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 ]

58

Fig 372 Cablarea a ndash icircnfăşurarea spre dreapta b ndash icircnfăşurarea spre stacircngac ndash cablarea icircn cruce stacircnga (ZS) d ndash cablarea icircn cruce dreapta (SZ)e ndash cablarea paralelă dreapta (ZZ) f ndash cablarea paralelă stacircnga (SS)

Alegerea cablului se face pe baza sarcinii sale reale minime de rupere (Srm) astfel icircncacirct să fie satisfăcută condiţia de rezistenţă (vezi [1])

Srm gecM middot FM (37)

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

CM - coeficientul de siguranţă pentru operatiile de tubare si instrumentatie care se accepta egal cu

valoarea 2 conform API Spec9B iar FM ste forta maxima din RA a infasurarii cablului Ea se

determina cu expresia[1]

(372)

in care FM este forta totala care actioneaza asupra ramurilor din cablu z ndash nr de role de la macaraηMminusG - randamentul masinii macara-geamblac la ridicareRandamentul masinii macara-geamblac la ridicare se obtine cu relatia (cf[1])

ηMminusG=β2 ∙Zminus1

2 ∙ Z ∙ β2 ∙Z ∙ ( βminus1 ) (373)

unde β este inversul randamentului unei role

β= 1ηRo

(374)

pentru care se admite valoarea β =104 conform API iar ηRo =096 (API) randament role

59

FM=FM

2sdotzsdotηM minusG

Conform tipului de ansamblu MC ales z =5 Atunci rezultă

ηMminusG =

1 04225minus12sdot5sdot1 042sdot5 (1 04minus1 )

=0 811

Forţa F M se calculează cu expresia (conform [1])

FM =F M +GoTsdot(1+

ac(M )

g )

(375)

unde FM

este sarcina maxima utila la carlig GoT - greutatea moarta la tubare g- acceleratia

gravitationala g= 981 ms2 ac(M )

- acceleratia miscarii carligului are valori cuprinse in domeniul

[0515]∙ ms2

Greutatea moartă la tubare se determină ţinacircnd cont de greutatea elementelor ansamblului

MC a chiolbaşilor (Ch) a elevatorului cu pene (ElP) şi a ramurilor de cablu dintre macara şi

geamblac

GoT =

GMC+G ch+GEl P+GCM

(376)

Deoarece la acest moment nu se cunoaşte tipodimensiunea cablului şi ca urmare masa sa unitară se face aproximaţia

GoT iquestGMC+G ch+GEl P (377)

rezulta

GOT=8446 kN+243kN+20601 kN=1075 kN

Ştiind tipul IF se determină

FM

=200tf= 200∙981 =1962kNSe accepta

ac(M )=1 m s2

si se obtine

FM =1962 kN+107 5 kNsdot(1+ 19 81 )=2080 46 kN

60

Se calculeaza

F =

2080 46 kN2sdot5sdot0 811

=256 531 kN

Se determină sarcina reală minimă de rupere necesară a cablului cu formula

Srmnec gecM middot FM (378)

c M=2 ( conform API) si rezulta

Srmnec =2∙256531kN=513062kN

Se alege un cablu Seale cu o măsură a lui Srm astfel icircncacirct să fie icircndeplinită condiţia următoare

Sr mgtSr m nec

(379)

Ca urmare din [1] tabelul 52 se constată că se poate alege

Cablu Seale 6x19-32-1570 SZ STAS1689-80

caracterizat prin

nT=6 nr toroane

n f=19=1+9+9 nr fire din fiecare torondc=32 mm diametrul nominalRm=1570 MPa rezistenta minima de rupere a sarmelorSr m=531 32 kN sarcina reala minima de rupered0=3 mm diametrul sarmelor centraled1=1 45 mm diametrul sarmelor intermediared2=26 mm diametrul sarmelor exterioarem1 C=3 89 kg m masa unitara

Tipul cablării cruce dreapta (SZ) adică sensul de icircnfăşurare a firelor icircn toron este spre stanga(S) iar sensul de icircnfăşurare a toroanelor icircn cablu este spre dreapta (Z)Sr m=531 32gtSr nec=513 062 kN

Deci conditiaSr mgtSr nec este satisfacuta

Se reia calculul pentru verificare

61

Trebuie sa recalculam FM tinand cont si de greutatea cablului GCM

GCM =2sdotzsdotlr CM(M ) sdotqc (3710)

qc - greutatea unitara a cabluluiqc =m1 Csdotg (3711)

qc =3 89 kg msdot9 81 m s2=38 161 N mlr CM(M ) =(15 m+lp )+sminuslb (3712)

lr CM(M )

=(15 m+27 m)+65 mminus9 m=26 m

in care s=65m ndash spatiu de siguranta lb=9m lungimea unui burlanlp=27m lungimea pasului

GCM=2sdot5sdot26 msdot38 161 N m=9 922 kN

GoT=107 5 kN+9 922kN=117 422kN

Pentru IF F200-2DH vom avea

F =

2091 413 kN2sdot5sdot0 811

=257 88 kN

c M=Sr m

F c M=531 32kN

257 88 kN=2 06gtc=2

Tabelul 375 Parametrii caracteristici ai cablurilor Seale 6 x 19 conform STAS 1689-80

38 Alegerea troliului de foraj

62

FN=200sdot9 81kN+117 442kN (1+ 19 81

)=2091 413kN

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

34Alegerea elevatorului 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

Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane de tubare (B-ElPCB) (bdquocasing slip

elevator-spiderrdquo icircn lb en) este o sculă de manevră care se foloseşte icircn timpul tubării puţurilor

atacirct pentru susţinerea coloanei de burlane (CB) ca broască cu pene aşezată pe masa rotativă

(MR) cacirct şi pentru săltarea din penele broaştei şi introducerea coloanei icircn puţ ca elevator (cu

pene) Deci aceste scule se folosesc icircn pereche icircn timpul tubării puţurilor una aşezată pe MR

susţine CB prin icircmpănare icircndeplinind funcţia de broască cu pene (vezi fig 341) iar cealaltă

care este susţinută icircn chiolbaşi avacircnd rolul de elevator (cu pene) se prinde tot prin icircmpănare pe

burlanul care s-a adăugat prin icircnşurubare la coloană saltă CB din broasca cu pene şi o susţine icircn

timpul introducerii ei icircn sondă (vezi fig 342)

Fig 342 Tragerea burlanului pe jilip cu ajutorul unui elevator de tras burlane pentru a fi icircnşurubat icircn

coloana susţinută icircn broasca cu pene

50

Fig 343 Varianta de elevator (cu pene) (cu inel ridicător) a broaştei-elevator cu pene cu două semicorpuri care este susţinută icircn ochiurile inferioare ale chiolbaşilor (11) icircn timpul introducerii coloanei de burlane (12) icircn puţul care se tubează 1 ndash corp carcasă 2 ndash umăr 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă de siguranţă 5 ndash corp de pană 6 ndash bacuri 7 ndash pacirclnie de ghidare 8 ndash cadru ridicător 9 ndash icircmpingătoare 10 ndash mecanism cu pacircrghii de ridicare

Din punct de vedere funcţional se deosebesc tipurile bull broască cu pene (BP) bull elevator cu pene (ElP)

Fig344 Broasca-elevator cu pene

51

In figura 344 este reprezentata Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane (broasca cu pene icircn partea de sus stanga elevatorul cu pene icircn partea dreapta şi vedere de sus a elevatorului cu pene icircn partea de jos) 1ndash corp 2ndash umăr braţ superior 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă (siguranţă pentru chiolbaşi) 5 ndash poartă uşă 6 ndash pene 7 ndash bacuri 8 ndash placă de sprijin (pe masa rotativă) 9 ndash guler de protecţie şi ghidare 10 ndash pacirclnie de ghidare HB ndash icircnălţimea broaştei cu pene HE ndash icircnălţimea elevatorului cu pene l ndash lăţimea broaştei-elevator

Alegerea elevatorului cu pene se face din conditiile urmatoare

FPgtFCBM

(341)

unde

FPleFBminusEl PCB

(342)

Studiind oferta companiei STEROM SA Cacircmpina conform ([1] cap 8 tab88) se alege un elevator cu pene de tipul

B-ElPCB 4frac12 ndash 13⅜ in x 350 ts (9⅝ x 275 ts x 8⅝) (ndash 45ordmC)

icircnseamnă broască-elevator destinată utilizării pentru burlane cu diametrul nominal cuprins

icircntre 4frac12 in şi 13⅜ in (inclusiv) cu sarcina nominală (sarcina maximă de lucru) de 350 ts (320tf)

echipată cu pene set de pene de 958 in cu sarcina nominală (maximă de lucru) de 275 ts (250 tf)

icircn care sunt montate bacuri de 858 in adică această broască-elevator este echipată pentru susţinerea

unei CB de 858 care determină icircn timpul manevrei ei o sarcină maximă la cacircrlig de cel mult 275ts

(250 tf) Ea este executată să lucreze icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash 45 ordmC

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

21t∙981ms2 =20601kN

35 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatorul pentru prăjini de foraj (ElPF) (bdquodrill pipe elevatorrdquo icircn lb en) este o sculă de

manevră care se foloseşte pentru susţinerea garniturii de foraj (GarF) icircn timpul extragerii şi

introducerii ei icircn sondă El prinde sub mufa PF şi este agăţat prin umerii săi icircn ochiurile

inferioare ale chiolbaşilor

ElPF se compune din

52

ndash două corpuri articulate care se icircnchid pe PF prevăzute cu cacircte un umăr cu care se suspendă icircn

ochiurile inferioare (mici) ale chiolbaşilor

ndash icircnchizatorul celor două corpuri

ndash eclise cu bolţuri prinse icircn umeri pentru asigurarea contra ieşirii chiolbaşilor

Elevatoarele se deosebesc prin forma lor modul de icircnchidere a celor două corpuri şi forma

suprafeţei de rezemare a prăjinilor

Din punctul de vedere al icircnchiderii se diferenţiază

ndash ElPF cu icircnchidere centrală (ElPFIcircC)

ndash ElPF cu icircnchidere laterală (ElPFIcircL)

După forma suprafeţei de sprijin al PF se disting

ndash ElPF cu scaun drept (ELPFSD) deci cu suprafaţă de rezemare dreaptă folosite pentru

manevrarea prăjinilor de foraj cu racorduri speciale sudate cu umăr drept (RSSUD) sau cu

racorduri icircnfiletate [1]

Fig 351 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun conic

ndash ElPF cu scaun conic (ElPFSC) care dispun de o suprafaţă de rezemare interioară tronconică cu unghiul de icircnchidere standardizat de 18deg ca şi mufele racordurilor speciale sudate cu umăr conic (RSSUC)

53

Fig 352 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun dreptElevatoarele sunt tipizate prescripţiile generale fiind prevăzute de API Spec 8A [85] şi

Spec 8C [86] Icircn fig 88 este reprezentat un ElPF cu scaun conic iar icircn fig 89 un ElPF cu scaun

drept

In figura 34 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic

Fig 34 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Alegerea elevatorului pentru prajini se face in functie de tipul prajinilor de foraj

1 Daca prajinile sunt cu recorduri speciale infiletate atunci cu scaun drept

2 Daca prajinile sunt cu racorduri speciale sudate atunci cu scaun conic

La alegerea elevatorului trebuie indeplinita conditia

FElgtFGar FMn

(sarcina normala utila de la carlig) (351)

icircn care FGar FM

este sarcina maximă care apare icircn timpul manevrării garniturii pacircnă la adacircncimea

maximă de foraj a puţului respectiv

54

Pentru că prăjinile de foraj sunt cu RSSUC si FGar FM

=122863kN conform tabelului 85

[1] cap 8 se alege un elevator cu scaun conic cu urmatoarea nominalizare

Elevator cu scaun conic 4frac12 x 1214 x 250 adica

elevator cu scaun conic cu dimensiunea nominală de 4frac12 ( pentru prăjini de foraj cu

RSSUC cu diametrul nominal de 4frac12 DPF = 4frac12) cu diametrul interior de 1214 mm (ceea ce

icircnseamnă că se utilizează pentru prăjini cu capetele fie cu II fie cu IEI (conform tabelului 85 cap

8) şi cu sarcina maximă de lucru de 250 tf cu masa mEl=1828kg conform NR 05-1018R STEROM

SA

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

ELpF= mEl middot g (253)

GEl = 1828 kg middot 981 ms2 = 18 kN

36Alegerea chiolbasilor

Chiolbaşii (Ch) (bdquothe drilling linksrdquo bdquoelevator linksrdquo icircn lb en) denumiţi şi bdquobraţele de

elevatorrdquo sunt scule de foraj care fac legătura icircntre cacircrlig şi elevator fiind utilizaţi icircn timpul

manevrei garniturii de foraj (GarF) şi coloanelor de burlane (CB)

Ei se agaţă cu ochiurile superioare de umerii cacircrligului şi susţin cu ochiurile lor inferioare

elevatorul prin umerii acestuia (vezi fig 361) Astfel sarcina datorată GarF sau CB este

preluată prin intermediul elevatorului de către Ch care o transmit cacircrligului [1]

55

Fig 361 Ansamblul format din macara-cacircrlig chiolbaşi şi elevator icircncare este susţinută garnitura de foraj icircn timpul manevrei acesteia

Din punct de vedere al sarcinii de lucru exista 3 tipuri de chiolbasi

1 Usor (sarcini mici)

2 Mediu (sarcini medii)

3 Greu (sarcini mari)

Tipul usor are forma de za alungita iar cel mediu si greu ndash de bara prevazuta la ambele capete cu

ochiuri

Chiolbasii se executa prin forjare in matrita dintr-o singura bucata de otel slab aliat de

constructii pentru a se asigura o rezistenta mare atat prin fibrajul obtinut prin procedeul tehnologic

respective cat si prin compozitie si prin TT folosit

Fig 362 Diferite tipuri de chiolbaşi

Alegerea chiolbasilor se face in functie de sarcina de lucru si de lungimea nominala

Fig 363 Tipurile de chiolbaşi şi dimensiunile lor principale a ndash chiolbaş de tipul uşor b ndash chiolbaş de tipul mediu c ndash chiolbaş de tipul greu C2 ndash raza de curbură interioară a ochiului superior G1 ndash raza de curbură interioară a ochiului

56

inferior D2 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului superior cu umărul cacircrligului H1 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului inferior cu umărul elevatorului d d1 ndash diametrul barei L ndash lungimea de lucru (dintre

punctele de sprijin pe umărul cacircrligului şi pe umărul elevatorului)

Conform normelor prevazute pentru F200-2DH se aleg chiolbasi de tip greu serie Chiolbaşi 69 x 2100 x 320

Gama de sarcini Fch = 320 tf perDimensiuni principale- d1 = 85 mm- C2 = 108 mm

- G1 =70 mm- D2 = 34 mm - H1 = 345 mm- Lungimea totala Lch = 2100 mm- Masa netă informativă mch = 247 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (36)

GCh = 247 kg middot 981 ms2 = 243 kN

37Alegerea cablului de manevra

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

1 la manevră cablul de manevră sau de foraj

2 la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcărit

3 la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancoră

4 pentru rabaterea turlei cablul de praştie

5 la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electrici

Cablurile 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

57

1 de acelaşi diametru 5 la fire2 de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 371)

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

Fig 371 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

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

1 organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)

2 metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)

3 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 ]

58

Fig 372 Cablarea a ndash icircnfăşurarea spre dreapta b ndash icircnfăşurarea spre stacircngac ndash cablarea icircn cruce stacircnga (ZS) d ndash cablarea icircn cruce dreapta (SZ)e ndash cablarea paralelă dreapta (ZZ) f ndash cablarea paralelă stacircnga (SS)

Alegerea cablului se face pe baza sarcinii sale reale minime de rupere (Srm) astfel icircncacirct să fie satisfăcută condiţia de rezistenţă (vezi [1])

Srm gecM middot FM (37)

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

CM - coeficientul de siguranţă pentru operatiile de tubare si instrumentatie care se accepta egal cu

valoarea 2 conform API Spec9B iar FM ste forta maxima din RA a infasurarii cablului Ea se

determina cu expresia[1]

(372)

in care FM este forta totala care actioneaza asupra ramurilor din cablu z ndash nr de role de la macaraηMminusG - randamentul masinii macara-geamblac la ridicareRandamentul masinii macara-geamblac la ridicare se obtine cu relatia (cf[1])

ηMminusG=β2 ∙Zminus1

2 ∙ Z ∙ β2 ∙Z ∙ ( βminus1 ) (373)

unde β este inversul randamentului unei role

β= 1ηRo

(374)

pentru care se admite valoarea β =104 conform API iar ηRo =096 (API) randament role

59

FM=FM

2sdotzsdotηM minusG

Conform tipului de ansamblu MC ales z =5 Atunci rezultă

ηMminusG =

1 04225minus12sdot5sdot1 042sdot5 (1 04minus1 )

=0 811

Forţa F M se calculează cu expresia (conform [1])

FM =F M +GoTsdot(1+

ac(M )

g )

(375)

unde FM

este sarcina maxima utila la carlig GoT - greutatea moarta la tubare g- acceleratia

gravitationala g= 981 ms2 ac(M )

- acceleratia miscarii carligului are valori cuprinse in domeniul

[0515]∙ ms2

Greutatea moartă la tubare se determină ţinacircnd cont de greutatea elementelor ansamblului

MC a chiolbaşilor (Ch) a elevatorului cu pene (ElP) şi a ramurilor de cablu dintre macara şi

geamblac

GoT =

GMC+G ch+GEl P+GCM

(376)

Deoarece la acest moment nu se cunoaşte tipodimensiunea cablului şi ca urmare masa sa unitară se face aproximaţia

GoT iquestGMC+G ch+GEl P (377)

rezulta

GOT=8446 kN+243kN+20601 kN=1075 kN

Ştiind tipul IF se determină

FM

=200tf= 200∙981 =1962kNSe accepta

ac(M )=1 m s2

si se obtine

FM =1962 kN+107 5 kNsdot(1+ 19 81 )=2080 46 kN

60

Se calculeaza

F =

2080 46 kN2sdot5sdot0 811

=256 531 kN

Se determină sarcina reală minimă de rupere necesară a cablului cu formula

Srmnec gecM middot FM (378)

c M=2 ( conform API) si rezulta

Srmnec =2∙256531kN=513062kN

Se alege un cablu Seale cu o măsură a lui Srm astfel icircncacirct să fie icircndeplinită condiţia următoare

Sr mgtSr m nec

(379)

Ca urmare din [1] tabelul 52 se constată că se poate alege

Cablu Seale 6x19-32-1570 SZ STAS1689-80

caracterizat prin

nT=6 nr toroane

n f=19=1+9+9 nr fire din fiecare torondc=32 mm diametrul nominalRm=1570 MPa rezistenta minima de rupere a sarmelorSr m=531 32 kN sarcina reala minima de rupered0=3 mm diametrul sarmelor centraled1=1 45 mm diametrul sarmelor intermediared2=26 mm diametrul sarmelor exterioarem1 C=3 89 kg m masa unitara

Tipul cablării cruce dreapta (SZ) adică sensul de icircnfăşurare a firelor icircn toron este spre stanga(S) iar sensul de icircnfăşurare a toroanelor icircn cablu este spre dreapta (Z)Sr m=531 32gtSr nec=513 062 kN

Deci conditiaSr mgtSr nec este satisfacuta

Se reia calculul pentru verificare

61

Trebuie sa recalculam FM tinand cont si de greutatea cablului GCM

GCM =2sdotzsdotlr CM(M ) sdotqc (3710)

qc - greutatea unitara a cabluluiqc =m1 Csdotg (3711)

qc =3 89 kg msdot9 81 m s2=38 161 N mlr CM(M ) =(15 m+lp )+sminuslb (3712)

lr CM(M )

=(15 m+27 m)+65 mminus9 m=26 m

in care s=65m ndash spatiu de siguranta lb=9m lungimea unui burlanlp=27m lungimea pasului

GCM=2sdot5sdot26 msdot38 161 N m=9 922 kN

GoT=107 5 kN+9 922kN=117 422kN

Pentru IF F200-2DH vom avea

F =

2091 413 kN2sdot5sdot0 811

=257 88 kN

c M=Sr m

F c M=531 32kN

257 88 kN=2 06gtc=2

Tabelul 375 Parametrii caracteristici ai cablurilor Seale 6 x 19 conform STAS 1689-80

38 Alegerea troliului de foraj

62

FN=200sdot9 81kN+117 442kN (1+ 19 81

)=2091 413kN

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

Fig 343 Varianta de elevator (cu pene) (cu inel ridicător) a broaştei-elevator cu pene cu două semicorpuri care este susţinută icircn ochiurile inferioare ale chiolbaşilor (11) icircn timpul introducerii coloanei de burlane (12) icircn puţul care se tubează 1 ndash corp carcasă 2 ndash umăr 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă de siguranţă 5 ndash corp de pană 6 ndash bacuri 7 ndash pacirclnie de ghidare 8 ndash cadru ridicător 9 ndash icircmpingătoare 10 ndash mecanism cu pacircrghii de ridicare

Din punct de vedere funcţional se deosebesc tipurile bull broască cu pene (BP) bull elevator cu pene (ElP)

Fig344 Broasca-elevator cu pene

51

In figura 344 este reprezentata Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane (broasca cu pene icircn partea de sus stanga elevatorul cu pene icircn partea dreapta şi vedere de sus a elevatorului cu pene icircn partea de jos) 1ndash corp 2ndash umăr braţ superior 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă (siguranţă pentru chiolbaşi) 5 ndash poartă uşă 6 ndash pene 7 ndash bacuri 8 ndash placă de sprijin (pe masa rotativă) 9 ndash guler de protecţie şi ghidare 10 ndash pacirclnie de ghidare HB ndash icircnălţimea broaştei cu pene HE ndash icircnălţimea elevatorului cu pene l ndash lăţimea broaştei-elevator

Alegerea elevatorului cu pene se face din conditiile urmatoare

FPgtFCBM

(341)

unde

FPleFBminusEl PCB

(342)

Studiind oferta companiei STEROM SA Cacircmpina conform ([1] cap 8 tab88) se alege un elevator cu pene de tipul

B-ElPCB 4frac12 ndash 13⅜ in x 350 ts (9⅝ x 275 ts x 8⅝) (ndash 45ordmC)

icircnseamnă broască-elevator destinată utilizării pentru burlane cu diametrul nominal cuprins

icircntre 4frac12 in şi 13⅜ in (inclusiv) cu sarcina nominală (sarcina maximă de lucru) de 350 ts (320tf)

echipată cu pene set de pene de 958 in cu sarcina nominală (maximă de lucru) de 275 ts (250 tf)

icircn care sunt montate bacuri de 858 in adică această broască-elevator este echipată pentru susţinerea

unei CB de 858 care determină icircn timpul manevrei ei o sarcină maximă la cacircrlig de cel mult 275ts

(250 tf) Ea este executată să lucreze icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash 45 ordmC

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

21t∙981ms2 =20601kN

35 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatorul pentru prăjini de foraj (ElPF) (bdquodrill pipe elevatorrdquo icircn lb en) este o sculă de

manevră care se foloseşte pentru susţinerea garniturii de foraj (GarF) icircn timpul extragerii şi

introducerii ei icircn sondă El prinde sub mufa PF şi este agăţat prin umerii săi icircn ochiurile

inferioare ale chiolbaşilor

ElPF se compune din

52

ndash două corpuri articulate care se icircnchid pe PF prevăzute cu cacircte un umăr cu care se suspendă icircn

ochiurile inferioare (mici) ale chiolbaşilor

ndash icircnchizatorul celor două corpuri

ndash eclise cu bolţuri prinse icircn umeri pentru asigurarea contra ieşirii chiolbaşilor

Elevatoarele se deosebesc prin forma lor modul de icircnchidere a celor două corpuri şi forma

suprafeţei de rezemare a prăjinilor

Din punctul de vedere al icircnchiderii se diferenţiază

ndash ElPF cu icircnchidere centrală (ElPFIcircC)

ndash ElPF cu icircnchidere laterală (ElPFIcircL)

După forma suprafeţei de sprijin al PF se disting

ndash ElPF cu scaun drept (ELPFSD) deci cu suprafaţă de rezemare dreaptă folosite pentru

manevrarea prăjinilor de foraj cu racorduri speciale sudate cu umăr drept (RSSUD) sau cu

racorduri icircnfiletate [1]

Fig 351 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun conic

ndash ElPF cu scaun conic (ElPFSC) care dispun de o suprafaţă de rezemare interioară tronconică cu unghiul de icircnchidere standardizat de 18deg ca şi mufele racordurilor speciale sudate cu umăr conic (RSSUC)

53

Fig 352 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun dreptElevatoarele sunt tipizate prescripţiile generale fiind prevăzute de API Spec 8A [85] şi

Spec 8C [86] Icircn fig 88 este reprezentat un ElPF cu scaun conic iar icircn fig 89 un ElPF cu scaun

drept

In figura 34 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic

Fig 34 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Alegerea elevatorului pentru prajini se face in functie de tipul prajinilor de foraj

1 Daca prajinile sunt cu recorduri speciale infiletate atunci cu scaun drept

2 Daca prajinile sunt cu racorduri speciale sudate atunci cu scaun conic

La alegerea elevatorului trebuie indeplinita conditia

FElgtFGar FMn

(sarcina normala utila de la carlig) (351)

icircn care FGar FM

este sarcina maximă care apare icircn timpul manevrării garniturii pacircnă la adacircncimea

maximă de foraj a puţului respectiv

54

Pentru că prăjinile de foraj sunt cu RSSUC si FGar FM

=122863kN conform tabelului 85

[1] cap 8 se alege un elevator cu scaun conic cu urmatoarea nominalizare

Elevator cu scaun conic 4frac12 x 1214 x 250 adica

elevator cu scaun conic cu dimensiunea nominală de 4frac12 ( pentru prăjini de foraj cu

RSSUC cu diametrul nominal de 4frac12 DPF = 4frac12) cu diametrul interior de 1214 mm (ceea ce

icircnseamnă că se utilizează pentru prăjini cu capetele fie cu II fie cu IEI (conform tabelului 85 cap

8) şi cu sarcina maximă de lucru de 250 tf cu masa mEl=1828kg conform NR 05-1018R STEROM

SA

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

ELpF= mEl middot g (253)

GEl = 1828 kg middot 981 ms2 = 18 kN

36Alegerea chiolbasilor

Chiolbaşii (Ch) (bdquothe drilling linksrdquo bdquoelevator linksrdquo icircn lb en) denumiţi şi bdquobraţele de

elevatorrdquo sunt scule de foraj care fac legătura icircntre cacircrlig şi elevator fiind utilizaţi icircn timpul

manevrei garniturii de foraj (GarF) şi coloanelor de burlane (CB)

Ei se agaţă cu ochiurile superioare de umerii cacircrligului şi susţin cu ochiurile lor inferioare

elevatorul prin umerii acestuia (vezi fig 361) Astfel sarcina datorată GarF sau CB este

preluată prin intermediul elevatorului de către Ch care o transmit cacircrligului [1]

55

Fig 361 Ansamblul format din macara-cacircrlig chiolbaşi şi elevator icircncare este susţinută garnitura de foraj icircn timpul manevrei acesteia

Din punct de vedere al sarcinii de lucru exista 3 tipuri de chiolbasi

1 Usor (sarcini mici)

2 Mediu (sarcini medii)

3 Greu (sarcini mari)

Tipul usor are forma de za alungita iar cel mediu si greu ndash de bara prevazuta la ambele capete cu

ochiuri

Chiolbasii se executa prin forjare in matrita dintr-o singura bucata de otel slab aliat de

constructii pentru a se asigura o rezistenta mare atat prin fibrajul obtinut prin procedeul tehnologic

respective cat si prin compozitie si prin TT folosit

Fig 362 Diferite tipuri de chiolbaşi

Alegerea chiolbasilor se face in functie de sarcina de lucru si de lungimea nominala

Fig 363 Tipurile de chiolbaşi şi dimensiunile lor principale a ndash chiolbaş de tipul uşor b ndash chiolbaş de tipul mediu c ndash chiolbaş de tipul greu C2 ndash raza de curbură interioară a ochiului superior G1 ndash raza de curbură interioară a ochiului

56

inferior D2 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului superior cu umărul cacircrligului H1 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului inferior cu umărul elevatorului d d1 ndash diametrul barei L ndash lungimea de lucru (dintre

punctele de sprijin pe umărul cacircrligului şi pe umărul elevatorului)

Conform normelor prevazute pentru F200-2DH se aleg chiolbasi de tip greu serie Chiolbaşi 69 x 2100 x 320

Gama de sarcini Fch = 320 tf perDimensiuni principale- d1 = 85 mm- C2 = 108 mm

- G1 =70 mm- D2 = 34 mm - H1 = 345 mm- Lungimea totala Lch = 2100 mm- Masa netă informativă mch = 247 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (36)

GCh = 247 kg middot 981 ms2 = 243 kN

37Alegerea cablului de manevra

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

1 la manevră cablul de manevră sau de foraj

2 la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcărit

3 la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancoră

4 pentru rabaterea turlei cablul de praştie

5 la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electrici

Cablurile 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

57

1 de acelaşi diametru 5 la fire2 de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 371)

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

Fig 371 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

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

1 organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)

2 metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)

3 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 ]

58

Fig 372 Cablarea a ndash icircnfăşurarea spre dreapta b ndash icircnfăşurarea spre stacircngac ndash cablarea icircn cruce stacircnga (ZS) d ndash cablarea icircn cruce dreapta (SZ)e ndash cablarea paralelă dreapta (ZZ) f ndash cablarea paralelă stacircnga (SS)

Alegerea cablului se face pe baza sarcinii sale reale minime de rupere (Srm) astfel icircncacirct să fie satisfăcută condiţia de rezistenţă (vezi [1])

Srm gecM middot FM (37)

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

CM - coeficientul de siguranţă pentru operatiile de tubare si instrumentatie care se accepta egal cu

valoarea 2 conform API Spec9B iar FM ste forta maxima din RA a infasurarii cablului Ea se

determina cu expresia[1]

(372)

in care FM este forta totala care actioneaza asupra ramurilor din cablu z ndash nr de role de la macaraηMminusG - randamentul masinii macara-geamblac la ridicareRandamentul masinii macara-geamblac la ridicare se obtine cu relatia (cf[1])

ηMminusG=β2 ∙Zminus1

2 ∙ Z ∙ β2 ∙Z ∙ ( βminus1 ) (373)

unde β este inversul randamentului unei role

β= 1ηRo

(374)

pentru care se admite valoarea β =104 conform API iar ηRo =096 (API) randament role

59

FM=FM

2sdotzsdotηM minusG

Conform tipului de ansamblu MC ales z =5 Atunci rezultă

ηMminusG =

1 04225minus12sdot5sdot1 042sdot5 (1 04minus1 )

=0 811

Forţa F M se calculează cu expresia (conform [1])

FM =F M +GoTsdot(1+

ac(M )

g )

(375)

unde FM

este sarcina maxima utila la carlig GoT - greutatea moarta la tubare g- acceleratia

gravitationala g= 981 ms2 ac(M )

- acceleratia miscarii carligului are valori cuprinse in domeniul

[0515]∙ ms2

Greutatea moartă la tubare se determină ţinacircnd cont de greutatea elementelor ansamblului

MC a chiolbaşilor (Ch) a elevatorului cu pene (ElP) şi a ramurilor de cablu dintre macara şi

geamblac

GoT =

GMC+G ch+GEl P+GCM

(376)

Deoarece la acest moment nu se cunoaşte tipodimensiunea cablului şi ca urmare masa sa unitară se face aproximaţia

GoT iquestGMC+G ch+GEl P (377)

rezulta

GOT=8446 kN+243kN+20601 kN=1075 kN

Ştiind tipul IF se determină

FM

=200tf= 200∙981 =1962kNSe accepta

ac(M )=1 m s2

si se obtine

FM =1962 kN+107 5 kNsdot(1+ 19 81 )=2080 46 kN

60

Se calculeaza

F =

2080 46 kN2sdot5sdot0 811

=256 531 kN

Se determină sarcina reală minimă de rupere necesară a cablului cu formula

Srmnec gecM middot FM (378)

c M=2 ( conform API) si rezulta

Srmnec =2∙256531kN=513062kN

Se alege un cablu Seale cu o măsură a lui Srm astfel icircncacirct să fie icircndeplinită condiţia următoare

Sr mgtSr m nec

(379)

Ca urmare din [1] tabelul 52 se constată că se poate alege

Cablu Seale 6x19-32-1570 SZ STAS1689-80

caracterizat prin

nT=6 nr toroane

n f=19=1+9+9 nr fire din fiecare torondc=32 mm diametrul nominalRm=1570 MPa rezistenta minima de rupere a sarmelorSr m=531 32 kN sarcina reala minima de rupered0=3 mm diametrul sarmelor centraled1=1 45 mm diametrul sarmelor intermediared2=26 mm diametrul sarmelor exterioarem1 C=3 89 kg m masa unitara

Tipul cablării cruce dreapta (SZ) adică sensul de icircnfăşurare a firelor icircn toron este spre stanga(S) iar sensul de icircnfăşurare a toroanelor icircn cablu este spre dreapta (Z)Sr m=531 32gtSr nec=513 062 kN

Deci conditiaSr mgtSr nec este satisfacuta

Se reia calculul pentru verificare

61

Trebuie sa recalculam FM tinand cont si de greutatea cablului GCM

GCM =2sdotzsdotlr CM(M ) sdotqc (3710)

qc - greutatea unitara a cabluluiqc =m1 Csdotg (3711)

qc =3 89 kg msdot9 81 m s2=38 161 N mlr CM(M ) =(15 m+lp )+sminuslb (3712)

lr CM(M )

=(15 m+27 m)+65 mminus9 m=26 m

in care s=65m ndash spatiu de siguranta lb=9m lungimea unui burlanlp=27m lungimea pasului

GCM=2sdot5sdot26 msdot38 161 N m=9 922 kN

GoT=107 5 kN+9 922kN=117 422kN

Pentru IF F200-2DH vom avea

F =

2091 413 kN2sdot5sdot0 811

=257 88 kN

c M=Sr m

F c M=531 32kN

257 88 kN=2 06gtc=2

Tabelul 375 Parametrii caracteristici ai cablurilor Seale 6 x 19 conform STAS 1689-80

38 Alegerea troliului de foraj

62

FN=200sdot9 81kN+117 442kN (1+ 19 81

)=2091 413kN

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

In figura 344 este reprezentata Broasca-elevator cu pene pentru coloana de burlane (broasca cu pene icircn partea de sus stanga elevatorul cu pene icircn partea dreapta şi vedere de sus a elevatorului cu pene icircn partea de jos) 1ndash corp 2ndash umăr braţ superior 3 ndash braţ inferior 4 ndash eclisă (siguranţă pentru chiolbaşi) 5 ndash poartă uşă 6 ndash pene 7 ndash bacuri 8 ndash placă de sprijin (pe masa rotativă) 9 ndash guler de protecţie şi ghidare 10 ndash pacirclnie de ghidare HB ndash icircnălţimea broaştei cu pene HE ndash icircnălţimea elevatorului cu pene l ndash lăţimea broaştei-elevator

Alegerea elevatorului cu pene se face din conditiile urmatoare

FPgtFCBM

(341)

unde

FPleFBminusEl PCB

(342)

Studiind oferta companiei STEROM SA Cacircmpina conform ([1] cap 8 tab88) se alege un elevator cu pene de tipul

B-ElPCB 4frac12 ndash 13⅜ in x 350 ts (9⅝ x 275 ts x 8⅝) (ndash 45ordmC)

icircnseamnă broască-elevator destinată utilizării pentru burlane cu diametrul nominal cuprins

icircntre 4frac12 in şi 13⅜ in (inclusiv) cu sarcina nominală (sarcina maximă de lucru) de 350 ts (320tf)

echipată cu pene set de pene de 958 in cu sarcina nominală (maximă de lucru) de 275 ts (250 tf)

icircn care sunt montate bacuri de 858 in adică această broască-elevator este echipată pentru susţinerea

unei CB de 858 care determină icircn timpul manevrei ei o sarcină maximă la cacircrlig de cel mult 275ts

(250 tf) Ea este executată să lucreze icircn condiţii de temperatură de pacircnă la ndash 45 ordmC

Se calculează greutatea elevatorului cu pene cu următoarea relaţie

21t∙981ms2 =20601kN

35 Alegerea elevatorului pentru prăjini de foraj

Elevatorul pentru prăjini de foraj (ElPF) (bdquodrill pipe elevatorrdquo icircn lb en) este o sculă de

manevră care se foloseşte pentru susţinerea garniturii de foraj (GarF) icircn timpul extragerii şi

introducerii ei icircn sondă El prinde sub mufa PF şi este agăţat prin umerii săi icircn ochiurile

inferioare ale chiolbaşilor

ElPF se compune din

52

ndash două corpuri articulate care se icircnchid pe PF prevăzute cu cacircte un umăr cu care se suspendă icircn

ochiurile inferioare (mici) ale chiolbaşilor

ndash icircnchizatorul celor două corpuri

ndash eclise cu bolţuri prinse icircn umeri pentru asigurarea contra ieşirii chiolbaşilor

Elevatoarele se deosebesc prin forma lor modul de icircnchidere a celor două corpuri şi forma

suprafeţei de rezemare a prăjinilor

Din punctul de vedere al icircnchiderii se diferenţiază

ndash ElPF cu icircnchidere centrală (ElPFIcircC)

ndash ElPF cu icircnchidere laterală (ElPFIcircL)

După forma suprafeţei de sprijin al PF se disting

ndash ElPF cu scaun drept (ELPFSD) deci cu suprafaţă de rezemare dreaptă folosite pentru

manevrarea prăjinilor de foraj cu racorduri speciale sudate cu umăr drept (RSSUD) sau cu

racorduri icircnfiletate [1]

Fig 351 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun conic

ndash ElPF cu scaun conic (ElPFSC) care dispun de o suprafaţă de rezemare interioară tronconică cu unghiul de icircnchidere standardizat de 18deg ca şi mufele racordurilor speciale sudate cu umăr conic (RSSUC)

53

Fig 352 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun dreptElevatoarele sunt tipizate prescripţiile generale fiind prevăzute de API Spec 8A [85] şi

Spec 8C [86] Icircn fig 88 este reprezentat un ElPF cu scaun conic iar icircn fig 89 un ElPF cu scaun

drept

In figura 34 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic

Fig 34 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Alegerea elevatorului pentru prajini se face in functie de tipul prajinilor de foraj

1 Daca prajinile sunt cu recorduri speciale infiletate atunci cu scaun drept

2 Daca prajinile sunt cu racorduri speciale sudate atunci cu scaun conic

La alegerea elevatorului trebuie indeplinita conditia

FElgtFGar FMn

(sarcina normala utila de la carlig) (351)

icircn care FGar FM

este sarcina maximă care apare icircn timpul manevrării garniturii pacircnă la adacircncimea

maximă de foraj a puţului respectiv

54

Pentru că prăjinile de foraj sunt cu RSSUC si FGar FM

=122863kN conform tabelului 85

[1] cap 8 se alege un elevator cu scaun conic cu urmatoarea nominalizare

Elevator cu scaun conic 4frac12 x 1214 x 250 adica

elevator cu scaun conic cu dimensiunea nominală de 4frac12 ( pentru prăjini de foraj cu

RSSUC cu diametrul nominal de 4frac12 DPF = 4frac12) cu diametrul interior de 1214 mm (ceea ce

icircnseamnă că se utilizează pentru prăjini cu capetele fie cu II fie cu IEI (conform tabelului 85 cap

8) şi cu sarcina maximă de lucru de 250 tf cu masa mEl=1828kg conform NR 05-1018R STEROM

SA

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

ELpF= mEl middot g (253)

GEl = 1828 kg middot 981 ms2 = 18 kN

36Alegerea chiolbasilor

Chiolbaşii (Ch) (bdquothe drilling linksrdquo bdquoelevator linksrdquo icircn lb en) denumiţi şi bdquobraţele de

elevatorrdquo sunt scule de foraj care fac legătura icircntre cacircrlig şi elevator fiind utilizaţi icircn timpul

manevrei garniturii de foraj (GarF) şi coloanelor de burlane (CB)

Ei se agaţă cu ochiurile superioare de umerii cacircrligului şi susţin cu ochiurile lor inferioare

elevatorul prin umerii acestuia (vezi fig 361) Astfel sarcina datorată GarF sau CB este

preluată prin intermediul elevatorului de către Ch care o transmit cacircrligului [1]

55

Fig 361 Ansamblul format din macara-cacircrlig chiolbaşi şi elevator icircncare este susţinută garnitura de foraj icircn timpul manevrei acesteia

Din punct de vedere al sarcinii de lucru exista 3 tipuri de chiolbasi

1 Usor (sarcini mici)

2 Mediu (sarcini medii)

3 Greu (sarcini mari)

Tipul usor are forma de za alungita iar cel mediu si greu ndash de bara prevazuta la ambele capete cu

ochiuri

Chiolbasii se executa prin forjare in matrita dintr-o singura bucata de otel slab aliat de

constructii pentru a se asigura o rezistenta mare atat prin fibrajul obtinut prin procedeul tehnologic

respective cat si prin compozitie si prin TT folosit

Fig 362 Diferite tipuri de chiolbaşi

Alegerea chiolbasilor se face in functie de sarcina de lucru si de lungimea nominala

Fig 363 Tipurile de chiolbaşi şi dimensiunile lor principale a ndash chiolbaş de tipul uşor b ndash chiolbaş de tipul mediu c ndash chiolbaş de tipul greu C2 ndash raza de curbură interioară a ochiului superior G1 ndash raza de curbură interioară a ochiului

56

inferior D2 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului superior cu umărul cacircrligului H1 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului inferior cu umărul elevatorului d d1 ndash diametrul barei L ndash lungimea de lucru (dintre

punctele de sprijin pe umărul cacircrligului şi pe umărul elevatorului)

Conform normelor prevazute pentru F200-2DH se aleg chiolbasi de tip greu serie Chiolbaşi 69 x 2100 x 320

Gama de sarcini Fch = 320 tf perDimensiuni principale- d1 = 85 mm- C2 = 108 mm

- G1 =70 mm- D2 = 34 mm - H1 = 345 mm- Lungimea totala Lch = 2100 mm- Masa netă informativă mch = 247 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (36)

GCh = 247 kg middot 981 ms2 = 243 kN

37Alegerea cablului de manevra

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

1 la manevră cablul de manevră sau de foraj

2 la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcărit

3 la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancoră

4 pentru rabaterea turlei cablul de praştie

5 la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electrici

Cablurile 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

57

1 de acelaşi diametru 5 la fire2 de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 371)

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

Fig 371 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

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

1 organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)

2 metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)

3 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 ]

58

Fig 372 Cablarea a ndash icircnfăşurarea spre dreapta b ndash icircnfăşurarea spre stacircngac ndash cablarea icircn cruce stacircnga (ZS) d ndash cablarea icircn cruce dreapta (SZ)e ndash cablarea paralelă dreapta (ZZ) f ndash cablarea paralelă stacircnga (SS)

Alegerea cablului se face pe baza sarcinii sale reale minime de rupere (Srm) astfel icircncacirct să fie satisfăcută condiţia de rezistenţă (vezi [1])

Srm gecM middot FM (37)

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

CM - coeficientul de siguranţă pentru operatiile de tubare si instrumentatie care se accepta egal cu

valoarea 2 conform API Spec9B iar FM ste forta maxima din RA a infasurarii cablului Ea se

determina cu expresia[1]

(372)

in care FM este forta totala care actioneaza asupra ramurilor din cablu z ndash nr de role de la macaraηMminusG - randamentul masinii macara-geamblac la ridicareRandamentul masinii macara-geamblac la ridicare se obtine cu relatia (cf[1])

ηMminusG=β2 ∙Zminus1

2 ∙ Z ∙ β2 ∙Z ∙ ( βminus1 ) (373)

unde β este inversul randamentului unei role

β= 1ηRo

(374)

pentru care se admite valoarea β =104 conform API iar ηRo =096 (API) randament role

59

FM=FM

2sdotzsdotηM minusG

Conform tipului de ansamblu MC ales z =5 Atunci rezultă

ηMminusG =

1 04225minus12sdot5sdot1 042sdot5 (1 04minus1 )

=0 811

Forţa F M se calculează cu expresia (conform [1])

FM =F M +GoTsdot(1+

ac(M )

g )

(375)

unde FM

este sarcina maxima utila la carlig GoT - greutatea moarta la tubare g- acceleratia

gravitationala g= 981 ms2 ac(M )

- acceleratia miscarii carligului are valori cuprinse in domeniul

[0515]∙ ms2

Greutatea moartă la tubare se determină ţinacircnd cont de greutatea elementelor ansamblului

MC a chiolbaşilor (Ch) a elevatorului cu pene (ElP) şi a ramurilor de cablu dintre macara şi

geamblac

GoT =

GMC+G ch+GEl P+GCM

(376)

Deoarece la acest moment nu se cunoaşte tipodimensiunea cablului şi ca urmare masa sa unitară se face aproximaţia

GoT iquestGMC+G ch+GEl P (377)

rezulta

GOT=8446 kN+243kN+20601 kN=1075 kN

Ştiind tipul IF se determină

FM

=200tf= 200∙981 =1962kNSe accepta

ac(M )=1 m s2

si se obtine

FM =1962 kN+107 5 kNsdot(1+ 19 81 )=2080 46 kN

60

Se calculeaza

F =

2080 46 kN2sdot5sdot0 811

=256 531 kN

Se determină sarcina reală minimă de rupere necesară a cablului cu formula

Srmnec gecM middot FM (378)

c M=2 ( conform API) si rezulta

Srmnec =2∙256531kN=513062kN

Se alege un cablu Seale cu o măsură a lui Srm astfel icircncacirct să fie icircndeplinită condiţia următoare

Sr mgtSr m nec

(379)

Ca urmare din [1] tabelul 52 se constată că se poate alege

Cablu Seale 6x19-32-1570 SZ STAS1689-80

caracterizat prin

nT=6 nr toroane

n f=19=1+9+9 nr fire din fiecare torondc=32 mm diametrul nominalRm=1570 MPa rezistenta minima de rupere a sarmelorSr m=531 32 kN sarcina reala minima de rupered0=3 mm diametrul sarmelor centraled1=1 45 mm diametrul sarmelor intermediared2=26 mm diametrul sarmelor exterioarem1 C=3 89 kg m masa unitara

Tipul cablării cruce dreapta (SZ) adică sensul de icircnfăşurare a firelor icircn toron este spre stanga(S) iar sensul de icircnfăşurare a toroanelor icircn cablu este spre dreapta (Z)Sr m=531 32gtSr nec=513 062 kN

Deci conditiaSr mgtSr nec este satisfacuta

Se reia calculul pentru verificare

61

Trebuie sa recalculam FM tinand cont si de greutatea cablului GCM

GCM =2sdotzsdotlr CM(M ) sdotqc (3710)

qc - greutatea unitara a cabluluiqc =m1 Csdotg (3711)

qc =3 89 kg msdot9 81 m s2=38 161 N mlr CM(M ) =(15 m+lp )+sminuslb (3712)

lr CM(M )

=(15 m+27 m)+65 mminus9 m=26 m

in care s=65m ndash spatiu de siguranta lb=9m lungimea unui burlanlp=27m lungimea pasului

GCM=2sdot5sdot26 msdot38 161 N m=9 922 kN

GoT=107 5 kN+9 922kN=117 422kN

Pentru IF F200-2DH vom avea

F =

2091 413 kN2sdot5sdot0 811

=257 88 kN

c M=Sr m

F c M=531 32kN

257 88 kN=2 06gtc=2

Tabelul 375 Parametrii caracteristici ai cablurilor Seale 6 x 19 conform STAS 1689-80

38 Alegerea troliului de foraj

62

FN=200sdot9 81kN+117 442kN (1+ 19 81

)=2091 413kN

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

ndash două corpuri articulate care se icircnchid pe PF prevăzute cu cacircte un umăr cu care se suspendă icircn

ochiurile inferioare (mici) ale chiolbaşilor

ndash icircnchizatorul celor două corpuri

ndash eclise cu bolţuri prinse icircn umeri pentru asigurarea contra ieşirii chiolbaşilor

Elevatoarele se deosebesc prin forma lor modul de icircnchidere a celor două corpuri şi forma

suprafeţei de rezemare a prăjinilor

Din punctul de vedere al icircnchiderii se diferenţiază

ndash ElPF cu icircnchidere centrală (ElPFIcircC)

ndash ElPF cu icircnchidere laterală (ElPFIcircL)

După forma suprafeţei de sprijin al PF se disting

ndash ElPF cu scaun drept (ELPFSD) deci cu suprafaţă de rezemare dreaptă folosite pentru

manevrarea prăjinilor de foraj cu racorduri speciale sudate cu umăr drept (RSSUD) sau cu

racorduri icircnfiletate [1]

Fig 351 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun conic

ndash ElPF cu scaun conic (ElPFSC) care dispun de o suprafaţă de rezemare interioară tronconică cu unghiul de icircnchidere standardizat de 18deg ca şi mufele racordurilor speciale sudate cu umăr conic (RSSUC)

53

Fig 352 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun dreptElevatoarele sunt tipizate prescripţiile generale fiind prevăzute de API Spec 8A [85] şi

Spec 8C [86] Icircn fig 88 este reprezentat un ElPF cu scaun conic iar icircn fig 89 un ElPF cu scaun

drept

In figura 34 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic

Fig 34 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Alegerea elevatorului pentru prajini se face in functie de tipul prajinilor de foraj

1 Daca prajinile sunt cu recorduri speciale infiletate atunci cu scaun drept

2 Daca prajinile sunt cu racorduri speciale sudate atunci cu scaun conic

La alegerea elevatorului trebuie indeplinita conditia

FElgtFGar FMn

(sarcina normala utila de la carlig) (351)

icircn care FGar FM

este sarcina maximă care apare icircn timpul manevrării garniturii pacircnă la adacircncimea

maximă de foraj a puţului respectiv

54

Pentru că prăjinile de foraj sunt cu RSSUC si FGar FM

=122863kN conform tabelului 85

[1] cap 8 se alege un elevator cu scaun conic cu urmatoarea nominalizare

Elevator cu scaun conic 4frac12 x 1214 x 250 adica

elevator cu scaun conic cu dimensiunea nominală de 4frac12 ( pentru prăjini de foraj cu

RSSUC cu diametrul nominal de 4frac12 DPF = 4frac12) cu diametrul interior de 1214 mm (ceea ce

icircnseamnă că se utilizează pentru prăjini cu capetele fie cu II fie cu IEI (conform tabelului 85 cap

8) şi cu sarcina maximă de lucru de 250 tf cu masa mEl=1828kg conform NR 05-1018R STEROM

SA

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

ELpF= mEl middot g (253)

GEl = 1828 kg middot 981 ms2 = 18 kN

36Alegerea chiolbasilor

Chiolbaşii (Ch) (bdquothe drilling linksrdquo bdquoelevator linksrdquo icircn lb en) denumiţi şi bdquobraţele de

elevatorrdquo sunt scule de foraj care fac legătura icircntre cacircrlig şi elevator fiind utilizaţi icircn timpul

manevrei garniturii de foraj (GarF) şi coloanelor de burlane (CB)

Ei se agaţă cu ochiurile superioare de umerii cacircrligului şi susţin cu ochiurile lor inferioare

elevatorul prin umerii acestuia (vezi fig 361) Astfel sarcina datorată GarF sau CB este

preluată prin intermediul elevatorului de către Ch care o transmit cacircrligului [1]

55

Fig 361 Ansamblul format din macara-cacircrlig chiolbaşi şi elevator icircncare este susţinută garnitura de foraj icircn timpul manevrei acesteia

Din punct de vedere al sarcinii de lucru exista 3 tipuri de chiolbasi

1 Usor (sarcini mici)

2 Mediu (sarcini medii)

3 Greu (sarcini mari)

Tipul usor are forma de za alungita iar cel mediu si greu ndash de bara prevazuta la ambele capete cu

ochiuri

Chiolbasii se executa prin forjare in matrita dintr-o singura bucata de otel slab aliat de

constructii pentru a se asigura o rezistenta mare atat prin fibrajul obtinut prin procedeul tehnologic

respective cat si prin compozitie si prin TT folosit

Fig 362 Diferite tipuri de chiolbaşi

Alegerea chiolbasilor se face in functie de sarcina de lucru si de lungimea nominala

Fig 363 Tipurile de chiolbaşi şi dimensiunile lor principale a ndash chiolbaş de tipul uşor b ndash chiolbaş de tipul mediu c ndash chiolbaş de tipul greu C2 ndash raza de curbură interioară a ochiului superior G1 ndash raza de curbură interioară a ochiului

56

inferior D2 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului superior cu umărul cacircrligului H1 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului inferior cu umărul elevatorului d d1 ndash diametrul barei L ndash lungimea de lucru (dintre

punctele de sprijin pe umărul cacircrligului şi pe umărul elevatorului)

Conform normelor prevazute pentru F200-2DH se aleg chiolbasi de tip greu serie Chiolbaşi 69 x 2100 x 320

Gama de sarcini Fch = 320 tf perDimensiuni principale- d1 = 85 mm- C2 = 108 mm

- G1 =70 mm- D2 = 34 mm - H1 = 345 mm- Lungimea totala Lch = 2100 mm- Masa netă informativă mch = 247 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (36)

GCh = 247 kg middot 981 ms2 = 243 kN

37Alegerea cablului de manevra

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

1 la manevră cablul de manevră sau de foraj

2 la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcărit

3 la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancoră

4 pentru rabaterea turlei cablul de praştie

5 la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electrici

Cablurile 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

57

1 de acelaşi diametru 5 la fire2 de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 371)

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

Fig 371 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

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

1 organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)

2 metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)

3 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 ]

58

Fig 372 Cablarea a ndash icircnfăşurarea spre dreapta b ndash icircnfăşurarea spre stacircngac ndash cablarea icircn cruce stacircnga (ZS) d ndash cablarea icircn cruce dreapta (SZ)e ndash cablarea paralelă dreapta (ZZ) f ndash cablarea paralelă stacircnga (SS)

Alegerea cablului se face pe baza sarcinii sale reale minime de rupere (Srm) astfel icircncacirct să fie satisfăcută condiţia de rezistenţă (vezi [1])

Srm gecM middot FM (37)

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

CM - coeficientul de siguranţă pentru operatiile de tubare si instrumentatie care se accepta egal cu

valoarea 2 conform API Spec9B iar FM ste forta maxima din RA a infasurarii cablului Ea se

determina cu expresia[1]

(372)

in care FM este forta totala care actioneaza asupra ramurilor din cablu z ndash nr de role de la macaraηMminusG - randamentul masinii macara-geamblac la ridicareRandamentul masinii macara-geamblac la ridicare se obtine cu relatia (cf[1])

ηMminusG=β2 ∙Zminus1

2 ∙ Z ∙ β2 ∙Z ∙ ( βminus1 ) (373)

unde β este inversul randamentului unei role

β= 1ηRo

(374)

pentru care se admite valoarea β =104 conform API iar ηRo =096 (API) randament role

59

FM=FM

2sdotzsdotηM minusG

Conform tipului de ansamblu MC ales z =5 Atunci rezultă

ηMminusG =

1 04225minus12sdot5sdot1 042sdot5 (1 04minus1 )

=0 811

Forţa F M se calculează cu expresia (conform [1])

FM =F M +GoTsdot(1+

ac(M )

g )

(375)

unde FM

este sarcina maxima utila la carlig GoT - greutatea moarta la tubare g- acceleratia

gravitationala g= 981 ms2 ac(M )

- acceleratia miscarii carligului are valori cuprinse in domeniul

[0515]∙ ms2

Greutatea moartă la tubare se determină ţinacircnd cont de greutatea elementelor ansamblului

MC a chiolbaşilor (Ch) a elevatorului cu pene (ElP) şi a ramurilor de cablu dintre macara şi

geamblac

GoT =

GMC+G ch+GEl P+GCM

(376)

Deoarece la acest moment nu se cunoaşte tipodimensiunea cablului şi ca urmare masa sa unitară se face aproximaţia

GoT iquestGMC+G ch+GEl P (377)

rezulta

GOT=8446 kN+243kN+20601 kN=1075 kN

Ştiind tipul IF se determină

FM

=200tf= 200∙981 =1962kNSe accepta

ac(M )=1 m s2

si se obtine

FM =1962 kN+107 5 kNsdot(1+ 19 81 )=2080 46 kN

60

Se calculeaza

F =

2080 46 kN2sdot5sdot0 811

=256 531 kN

Se determină sarcina reală minimă de rupere necesară a cablului cu formula

Srmnec gecM middot FM (378)

c M=2 ( conform API) si rezulta

Srmnec =2∙256531kN=513062kN

Se alege un cablu Seale cu o măsură a lui Srm astfel icircncacirct să fie icircndeplinită condiţia următoare

Sr mgtSr m nec

(379)

Ca urmare din [1] tabelul 52 se constată că se poate alege

Cablu Seale 6x19-32-1570 SZ STAS1689-80

caracterizat prin

nT=6 nr toroane

n f=19=1+9+9 nr fire din fiecare torondc=32 mm diametrul nominalRm=1570 MPa rezistenta minima de rupere a sarmelorSr m=531 32 kN sarcina reala minima de rupered0=3 mm diametrul sarmelor centraled1=1 45 mm diametrul sarmelor intermediared2=26 mm diametrul sarmelor exterioarem1 C=3 89 kg m masa unitara

Tipul cablării cruce dreapta (SZ) adică sensul de icircnfăşurare a firelor icircn toron este spre stanga(S) iar sensul de icircnfăşurare a toroanelor icircn cablu este spre dreapta (Z)Sr m=531 32gtSr nec=513 062 kN

Deci conditiaSr mgtSr nec este satisfacuta

Se reia calculul pentru verificare

61

Trebuie sa recalculam FM tinand cont si de greutatea cablului GCM

GCM =2sdotzsdotlr CM(M ) sdotqc (3710)

qc - greutatea unitara a cabluluiqc =m1 Csdotg (3711)

qc =3 89 kg msdot9 81 m s2=38 161 N mlr CM(M ) =(15 m+lp )+sminuslb (3712)

lr CM(M )

=(15 m+27 m)+65 mminus9 m=26 m

in care s=65m ndash spatiu de siguranta lb=9m lungimea unui burlanlp=27m lungimea pasului

GCM=2sdot5sdot26 msdot38 161 N m=9 922 kN

GoT=107 5 kN+9 922kN=117 422kN

Pentru IF F200-2DH vom avea

F =

2091 413 kN2sdot5sdot0 811

=257 88 kN

c M=Sr m

F c M=531 32kN

257 88 kN=2 06gtc=2

Tabelul 375 Parametrii caracteristici ai cablurilor Seale 6 x 19 conform STAS 1689-80

38 Alegerea troliului de foraj

62

FN=200sdot9 81kN+117 442kN (1+ 19 81

)=2091 413kN

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

Fig 352 Elevator pentru PF cu icircnchidere centrală cu scaun dreptElevatoarele sunt tipizate prescripţiile generale fiind prevăzute de API Spec 8A [85] şi

Spec 8C [86] Icircn fig 88 este reprezentat un ElPF cu scaun conic iar icircn fig 89 un ElPF cu scaun

drept

In figura 34 este prezentată forma constructivă a unui elevator pentru prăjini cu scaun conic

Fig 34 Elevator pentru prăjini de foraj cu scaun conic

Alegerea elevatorului pentru prajini se face in functie de tipul prajinilor de foraj

1 Daca prajinile sunt cu recorduri speciale infiletate atunci cu scaun drept

2 Daca prajinile sunt cu racorduri speciale sudate atunci cu scaun conic

La alegerea elevatorului trebuie indeplinita conditia

FElgtFGar FMn

(sarcina normala utila de la carlig) (351)

icircn care FGar FM

este sarcina maximă care apare icircn timpul manevrării garniturii pacircnă la adacircncimea

maximă de foraj a puţului respectiv

54

Pentru că prăjinile de foraj sunt cu RSSUC si FGar FM

=122863kN conform tabelului 85

[1] cap 8 se alege un elevator cu scaun conic cu urmatoarea nominalizare

Elevator cu scaun conic 4frac12 x 1214 x 250 adica

elevator cu scaun conic cu dimensiunea nominală de 4frac12 ( pentru prăjini de foraj cu

RSSUC cu diametrul nominal de 4frac12 DPF = 4frac12) cu diametrul interior de 1214 mm (ceea ce

icircnseamnă că se utilizează pentru prăjini cu capetele fie cu II fie cu IEI (conform tabelului 85 cap

8) şi cu sarcina maximă de lucru de 250 tf cu masa mEl=1828kg conform NR 05-1018R STEROM

SA

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

ELpF= mEl middot g (253)

GEl = 1828 kg middot 981 ms2 = 18 kN

36Alegerea chiolbasilor

Chiolbaşii (Ch) (bdquothe drilling linksrdquo bdquoelevator linksrdquo icircn lb en) denumiţi şi bdquobraţele de

elevatorrdquo sunt scule de foraj care fac legătura icircntre cacircrlig şi elevator fiind utilizaţi icircn timpul

manevrei garniturii de foraj (GarF) şi coloanelor de burlane (CB)

Ei se agaţă cu ochiurile superioare de umerii cacircrligului şi susţin cu ochiurile lor inferioare

elevatorul prin umerii acestuia (vezi fig 361) Astfel sarcina datorată GarF sau CB este

preluată prin intermediul elevatorului de către Ch care o transmit cacircrligului [1]

55

Fig 361 Ansamblul format din macara-cacircrlig chiolbaşi şi elevator icircncare este susţinută garnitura de foraj icircn timpul manevrei acesteia

Din punct de vedere al sarcinii de lucru exista 3 tipuri de chiolbasi

1 Usor (sarcini mici)

2 Mediu (sarcini medii)

3 Greu (sarcini mari)

Tipul usor are forma de za alungita iar cel mediu si greu ndash de bara prevazuta la ambele capete cu

ochiuri

Chiolbasii se executa prin forjare in matrita dintr-o singura bucata de otel slab aliat de

constructii pentru a se asigura o rezistenta mare atat prin fibrajul obtinut prin procedeul tehnologic

respective cat si prin compozitie si prin TT folosit

Fig 362 Diferite tipuri de chiolbaşi

Alegerea chiolbasilor se face in functie de sarcina de lucru si de lungimea nominala

Fig 363 Tipurile de chiolbaşi şi dimensiunile lor principale a ndash chiolbaş de tipul uşor b ndash chiolbaş de tipul mediu c ndash chiolbaş de tipul greu C2 ndash raza de curbură interioară a ochiului superior G1 ndash raza de curbură interioară a ochiului

56

inferior D2 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului superior cu umărul cacircrligului H1 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului inferior cu umărul elevatorului d d1 ndash diametrul barei L ndash lungimea de lucru (dintre

punctele de sprijin pe umărul cacircrligului şi pe umărul elevatorului)

Conform normelor prevazute pentru F200-2DH se aleg chiolbasi de tip greu serie Chiolbaşi 69 x 2100 x 320

Gama de sarcini Fch = 320 tf perDimensiuni principale- d1 = 85 mm- C2 = 108 mm

- G1 =70 mm- D2 = 34 mm - H1 = 345 mm- Lungimea totala Lch = 2100 mm- Masa netă informativă mch = 247 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (36)

GCh = 247 kg middot 981 ms2 = 243 kN

37Alegerea cablului de manevra

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

1 la manevră cablul de manevră sau de foraj

2 la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcărit

3 la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancoră

4 pentru rabaterea turlei cablul de praştie

5 la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electrici

Cablurile 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

57

1 de acelaşi diametru 5 la fire2 de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 371)

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

Fig 371 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

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

1 organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)

2 metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)

3 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 ]

58

Fig 372 Cablarea a ndash icircnfăşurarea spre dreapta b ndash icircnfăşurarea spre stacircngac ndash cablarea icircn cruce stacircnga (ZS) d ndash cablarea icircn cruce dreapta (SZ)e ndash cablarea paralelă dreapta (ZZ) f ndash cablarea paralelă stacircnga (SS)

Alegerea cablului se face pe baza sarcinii sale reale minime de rupere (Srm) astfel icircncacirct să fie satisfăcută condiţia de rezistenţă (vezi [1])

Srm gecM middot FM (37)

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

CM - coeficientul de siguranţă pentru operatiile de tubare si instrumentatie care se accepta egal cu

valoarea 2 conform API Spec9B iar FM ste forta maxima din RA a infasurarii cablului Ea se

determina cu expresia[1]

(372)

in care FM este forta totala care actioneaza asupra ramurilor din cablu z ndash nr de role de la macaraηMminusG - randamentul masinii macara-geamblac la ridicareRandamentul masinii macara-geamblac la ridicare se obtine cu relatia (cf[1])

ηMminusG=β2 ∙Zminus1

2 ∙ Z ∙ β2 ∙Z ∙ ( βminus1 ) (373)

unde β este inversul randamentului unei role

β= 1ηRo

(374)

pentru care se admite valoarea β =104 conform API iar ηRo =096 (API) randament role

59

FM=FM

2sdotzsdotηM minusG

Conform tipului de ansamblu MC ales z =5 Atunci rezultă

ηMminusG =

1 04225minus12sdot5sdot1 042sdot5 (1 04minus1 )

=0 811

Forţa F M se calculează cu expresia (conform [1])

FM =F M +GoTsdot(1+

ac(M )

g )

(375)

unde FM

este sarcina maxima utila la carlig GoT - greutatea moarta la tubare g- acceleratia

gravitationala g= 981 ms2 ac(M )

- acceleratia miscarii carligului are valori cuprinse in domeniul

[0515]∙ ms2

Greutatea moartă la tubare se determină ţinacircnd cont de greutatea elementelor ansamblului

MC a chiolbaşilor (Ch) a elevatorului cu pene (ElP) şi a ramurilor de cablu dintre macara şi

geamblac

GoT =

GMC+G ch+GEl P+GCM

(376)

Deoarece la acest moment nu se cunoaşte tipodimensiunea cablului şi ca urmare masa sa unitară se face aproximaţia

GoT iquestGMC+G ch+GEl P (377)

rezulta

GOT=8446 kN+243kN+20601 kN=1075 kN

Ştiind tipul IF se determină

FM

=200tf= 200∙981 =1962kNSe accepta

ac(M )=1 m s2

si se obtine

FM =1962 kN+107 5 kNsdot(1+ 19 81 )=2080 46 kN

60

Se calculeaza

F =

2080 46 kN2sdot5sdot0 811

=256 531 kN

Se determină sarcina reală minimă de rupere necesară a cablului cu formula

Srmnec gecM middot FM (378)

c M=2 ( conform API) si rezulta

Srmnec =2∙256531kN=513062kN

Se alege un cablu Seale cu o măsură a lui Srm astfel icircncacirct să fie icircndeplinită condiţia următoare

Sr mgtSr m nec

(379)

Ca urmare din [1] tabelul 52 se constată că se poate alege

Cablu Seale 6x19-32-1570 SZ STAS1689-80

caracterizat prin

nT=6 nr toroane

n f=19=1+9+9 nr fire din fiecare torondc=32 mm diametrul nominalRm=1570 MPa rezistenta minima de rupere a sarmelorSr m=531 32 kN sarcina reala minima de rupered0=3 mm diametrul sarmelor centraled1=1 45 mm diametrul sarmelor intermediared2=26 mm diametrul sarmelor exterioarem1 C=3 89 kg m masa unitara

Tipul cablării cruce dreapta (SZ) adică sensul de icircnfăşurare a firelor icircn toron este spre stanga(S) iar sensul de icircnfăşurare a toroanelor icircn cablu este spre dreapta (Z)Sr m=531 32gtSr nec=513 062 kN

Deci conditiaSr mgtSr nec este satisfacuta

Se reia calculul pentru verificare

61

Trebuie sa recalculam FM tinand cont si de greutatea cablului GCM

GCM =2sdotzsdotlr CM(M ) sdotqc (3710)

qc - greutatea unitara a cabluluiqc =m1 Csdotg (3711)

qc =3 89 kg msdot9 81 m s2=38 161 N mlr CM(M ) =(15 m+lp )+sminuslb (3712)

lr CM(M )

=(15 m+27 m)+65 mminus9 m=26 m

in care s=65m ndash spatiu de siguranta lb=9m lungimea unui burlanlp=27m lungimea pasului

GCM=2sdot5sdot26 msdot38 161 N m=9 922 kN

GoT=107 5 kN+9 922kN=117 422kN

Pentru IF F200-2DH vom avea

F =

2091 413 kN2sdot5sdot0 811

=257 88 kN

c M=Sr m

F c M=531 32kN

257 88 kN=2 06gtc=2

Tabelul 375 Parametrii caracteristici ai cablurilor Seale 6 x 19 conform STAS 1689-80

38 Alegerea troliului de foraj

62

FN=200sdot9 81kN+117 442kN (1+ 19 81

)=2091 413kN

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

Pentru că prăjinile de foraj sunt cu RSSUC si FGar FM

=122863kN conform tabelului 85

[1] cap 8 se alege un elevator cu scaun conic cu urmatoarea nominalizare

Elevator cu scaun conic 4frac12 x 1214 x 250 adica

elevator cu scaun conic cu dimensiunea nominală de 4frac12 ( pentru prăjini de foraj cu

RSSUC cu diametrul nominal de 4frac12 DPF = 4frac12) cu diametrul interior de 1214 mm (ceea ce

icircnseamnă că se utilizează pentru prăjini cu capetele fie cu II fie cu IEI (conform tabelului 85 cap

8) şi cu sarcina maximă de lucru de 250 tf cu masa mEl=1828kg conform NR 05-1018R STEROM

SA

Se calculează greutatea elevatorului pentru prăjini de foraj conform relaţiei

ELpF= mEl middot g (253)

GEl = 1828 kg middot 981 ms2 = 18 kN

36Alegerea chiolbasilor

Chiolbaşii (Ch) (bdquothe drilling linksrdquo bdquoelevator linksrdquo icircn lb en) denumiţi şi bdquobraţele de

elevatorrdquo sunt scule de foraj care fac legătura icircntre cacircrlig şi elevator fiind utilizaţi icircn timpul

manevrei garniturii de foraj (GarF) şi coloanelor de burlane (CB)

Ei se agaţă cu ochiurile superioare de umerii cacircrligului şi susţin cu ochiurile lor inferioare

elevatorul prin umerii acestuia (vezi fig 361) Astfel sarcina datorată GarF sau CB este

preluată prin intermediul elevatorului de către Ch care o transmit cacircrligului [1]

55

Fig 361 Ansamblul format din macara-cacircrlig chiolbaşi şi elevator icircncare este susţinută garnitura de foraj icircn timpul manevrei acesteia

Din punct de vedere al sarcinii de lucru exista 3 tipuri de chiolbasi

1 Usor (sarcini mici)

2 Mediu (sarcini medii)

3 Greu (sarcini mari)

Tipul usor are forma de za alungita iar cel mediu si greu ndash de bara prevazuta la ambele capete cu

ochiuri

Chiolbasii se executa prin forjare in matrita dintr-o singura bucata de otel slab aliat de

constructii pentru a se asigura o rezistenta mare atat prin fibrajul obtinut prin procedeul tehnologic

respective cat si prin compozitie si prin TT folosit

Fig 362 Diferite tipuri de chiolbaşi

Alegerea chiolbasilor se face in functie de sarcina de lucru si de lungimea nominala

Fig 363 Tipurile de chiolbaşi şi dimensiunile lor principale a ndash chiolbaş de tipul uşor b ndash chiolbaş de tipul mediu c ndash chiolbaş de tipul greu C2 ndash raza de curbură interioară a ochiului superior G1 ndash raza de curbură interioară a ochiului

56

inferior D2 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului superior cu umărul cacircrligului H1 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului inferior cu umărul elevatorului d d1 ndash diametrul barei L ndash lungimea de lucru (dintre

punctele de sprijin pe umărul cacircrligului şi pe umărul elevatorului)

Conform normelor prevazute pentru F200-2DH se aleg chiolbasi de tip greu serie Chiolbaşi 69 x 2100 x 320

Gama de sarcini Fch = 320 tf perDimensiuni principale- d1 = 85 mm- C2 = 108 mm

- G1 =70 mm- D2 = 34 mm - H1 = 345 mm- Lungimea totala Lch = 2100 mm- Masa netă informativă mch = 247 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (36)

GCh = 247 kg middot 981 ms2 = 243 kN

37Alegerea cablului de manevra

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

1 la manevră cablul de manevră sau de foraj

2 la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcărit

3 la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancoră

4 pentru rabaterea turlei cablul de praştie

5 la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electrici

Cablurile 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

57

1 de acelaşi diametru 5 la fire2 de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 371)

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

Fig 371 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

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

1 organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)

2 metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)

3 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 ]

58

Fig 372 Cablarea a ndash icircnfăşurarea spre dreapta b ndash icircnfăşurarea spre stacircngac ndash cablarea icircn cruce stacircnga (ZS) d ndash cablarea icircn cruce dreapta (SZ)e ndash cablarea paralelă dreapta (ZZ) f ndash cablarea paralelă stacircnga (SS)

Alegerea cablului se face pe baza sarcinii sale reale minime de rupere (Srm) astfel icircncacirct să fie satisfăcută condiţia de rezistenţă (vezi [1])

Srm gecM middot FM (37)

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

CM - coeficientul de siguranţă pentru operatiile de tubare si instrumentatie care se accepta egal cu

valoarea 2 conform API Spec9B iar FM ste forta maxima din RA a infasurarii cablului Ea se

determina cu expresia[1]

(372)

in care FM este forta totala care actioneaza asupra ramurilor din cablu z ndash nr de role de la macaraηMminusG - randamentul masinii macara-geamblac la ridicareRandamentul masinii macara-geamblac la ridicare se obtine cu relatia (cf[1])

ηMminusG=β2 ∙Zminus1

2 ∙ Z ∙ β2 ∙Z ∙ ( βminus1 ) (373)

unde β este inversul randamentului unei role

β= 1ηRo

(374)

pentru care se admite valoarea β =104 conform API iar ηRo =096 (API) randament role

59

FM=FM

2sdotzsdotηM minusG

Conform tipului de ansamblu MC ales z =5 Atunci rezultă

ηMminusG =

1 04225minus12sdot5sdot1 042sdot5 (1 04minus1 )

=0 811

Forţa F M se calculează cu expresia (conform [1])

FM =F M +GoTsdot(1+

ac(M )

g )

(375)

unde FM

este sarcina maxima utila la carlig GoT - greutatea moarta la tubare g- acceleratia

gravitationala g= 981 ms2 ac(M )

- acceleratia miscarii carligului are valori cuprinse in domeniul

[0515]∙ ms2

Greutatea moartă la tubare se determină ţinacircnd cont de greutatea elementelor ansamblului

MC a chiolbaşilor (Ch) a elevatorului cu pene (ElP) şi a ramurilor de cablu dintre macara şi

geamblac

GoT =

GMC+G ch+GEl P+GCM

(376)

Deoarece la acest moment nu se cunoaşte tipodimensiunea cablului şi ca urmare masa sa unitară se face aproximaţia

GoT iquestGMC+G ch+GEl P (377)

rezulta

GOT=8446 kN+243kN+20601 kN=1075 kN

Ştiind tipul IF se determină

FM

=200tf= 200∙981 =1962kNSe accepta

ac(M )=1 m s2

si se obtine

FM =1962 kN+107 5 kNsdot(1+ 19 81 )=2080 46 kN

60

Se calculeaza

F =

2080 46 kN2sdot5sdot0 811

=256 531 kN

Se determină sarcina reală minimă de rupere necesară a cablului cu formula

Srmnec gecM middot FM (378)

c M=2 ( conform API) si rezulta

Srmnec =2∙256531kN=513062kN

Se alege un cablu Seale cu o măsură a lui Srm astfel icircncacirct să fie icircndeplinită condiţia următoare

Sr mgtSr m nec

(379)

Ca urmare din [1] tabelul 52 se constată că se poate alege

Cablu Seale 6x19-32-1570 SZ STAS1689-80

caracterizat prin

nT=6 nr toroane

n f=19=1+9+9 nr fire din fiecare torondc=32 mm diametrul nominalRm=1570 MPa rezistenta minima de rupere a sarmelorSr m=531 32 kN sarcina reala minima de rupered0=3 mm diametrul sarmelor centraled1=1 45 mm diametrul sarmelor intermediared2=26 mm diametrul sarmelor exterioarem1 C=3 89 kg m masa unitara

Tipul cablării cruce dreapta (SZ) adică sensul de icircnfăşurare a firelor icircn toron este spre stanga(S) iar sensul de icircnfăşurare a toroanelor icircn cablu este spre dreapta (Z)Sr m=531 32gtSr nec=513 062 kN

Deci conditiaSr mgtSr nec este satisfacuta

Se reia calculul pentru verificare

61

Trebuie sa recalculam FM tinand cont si de greutatea cablului GCM

GCM =2sdotzsdotlr CM(M ) sdotqc (3710)

qc - greutatea unitara a cabluluiqc =m1 Csdotg (3711)

qc =3 89 kg msdot9 81 m s2=38 161 N mlr CM(M ) =(15 m+lp )+sminuslb (3712)

lr CM(M )

=(15 m+27 m)+65 mminus9 m=26 m

in care s=65m ndash spatiu de siguranta lb=9m lungimea unui burlanlp=27m lungimea pasului

GCM=2sdot5sdot26 msdot38 161 N m=9 922 kN

GoT=107 5 kN+9 922kN=117 422kN

Pentru IF F200-2DH vom avea

F =

2091 413 kN2sdot5sdot0 811

=257 88 kN

c M=Sr m

F c M=531 32kN

257 88 kN=2 06gtc=2

Tabelul 375 Parametrii caracteristici ai cablurilor Seale 6 x 19 conform STAS 1689-80

38 Alegerea troliului de foraj

62

FN=200sdot9 81kN+117 442kN (1+ 19 81

)=2091 413kN

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

Fig 361 Ansamblul format din macara-cacircrlig chiolbaşi şi elevator icircncare este susţinută garnitura de foraj icircn timpul manevrei acesteia

Din punct de vedere al sarcinii de lucru exista 3 tipuri de chiolbasi

1 Usor (sarcini mici)

2 Mediu (sarcini medii)

3 Greu (sarcini mari)

Tipul usor are forma de za alungita iar cel mediu si greu ndash de bara prevazuta la ambele capete cu

ochiuri

Chiolbasii se executa prin forjare in matrita dintr-o singura bucata de otel slab aliat de

constructii pentru a se asigura o rezistenta mare atat prin fibrajul obtinut prin procedeul tehnologic

respective cat si prin compozitie si prin TT folosit

Fig 362 Diferite tipuri de chiolbaşi

Alegerea chiolbasilor se face in functie de sarcina de lucru si de lungimea nominala

Fig 363 Tipurile de chiolbaşi şi dimensiunile lor principale a ndash chiolbaş de tipul uşor b ndash chiolbaş de tipul mediu c ndash chiolbaş de tipul greu C2 ndash raza de curbură interioară a ochiului superior G1 ndash raza de curbură interioară a ochiului

56

inferior D2 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului superior cu umărul cacircrligului H1 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului inferior cu umărul elevatorului d d1 ndash diametrul barei L ndash lungimea de lucru (dintre

punctele de sprijin pe umărul cacircrligului şi pe umărul elevatorului)

Conform normelor prevazute pentru F200-2DH se aleg chiolbasi de tip greu serie Chiolbaşi 69 x 2100 x 320

Gama de sarcini Fch = 320 tf perDimensiuni principale- d1 = 85 mm- C2 = 108 mm

- G1 =70 mm- D2 = 34 mm - H1 = 345 mm- Lungimea totala Lch = 2100 mm- Masa netă informativă mch = 247 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (36)

GCh = 247 kg middot 981 ms2 = 243 kN

37Alegerea cablului de manevra

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

1 la manevră cablul de manevră sau de foraj

2 la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcărit

3 la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancoră

4 pentru rabaterea turlei cablul de praştie

5 la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electrici

Cablurile 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

57

1 de acelaşi diametru 5 la fire2 de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 371)

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

Fig 371 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

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

1 organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)

2 metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)

3 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 ]

58

Fig 372 Cablarea a ndash icircnfăşurarea spre dreapta b ndash icircnfăşurarea spre stacircngac ndash cablarea icircn cruce stacircnga (ZS) d ndash cablarea icircn cruce dreapta (SZ)e ndash cablarea paralelă dreapta (ZZ) f ndash cablarea paralelă stacircnga (SS)

Alegerea cablului se face pe baza sarcinii sale reale minime de rupere (Srm) astfel icircncacirct să fie satisfăcută condiţia de rezistenţă (vezi [1])

Srm gecM middot FM (37)

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

CM - coeficientul de siguranţă pentru operatiile de tubare si instrumentatie care se accepta egal cu

valoarea 2 conform API Spec9B iar FM ste forta maxima din RA a infasurarii cablului Ea se

determina cu expresia[1]

(372)

in care FM este forta totala care actioneaza asupra ramurilor din cablu z ndash nr de role de la macaraηMminusG - randamentul masinii macara-geamblac la ridicareRandamentul masinii macara-geamblac la ridicare se obtine cu relatia (cf[1])

ηMminusG=β2 ∙Zminus1

2 ∙ Z ∙ β2 ∙Z ∙ ( βminus1 ) (373)

unde β este inversul randamentului unei role

β= 1ηRo

(374)

pentru care se admite valoarea β =104 conform API iar ηRo =096 (API) randament role

59

FM=FM

2sdotzsdotηM minusG

Conform tipului de ansamblu MC ales z =5 Atunci rezultă

ηMminusG =

1 04225minus12sdot5sdot1 042sdot5 (1 04minus1 )

=0 811

Forţa F M se calculează cu expresia (conform [1])

FM =F M +GoTsdot(1+

ac(M )

g )

(375)

unde FM

este sarcina maxima utila la carlig GoT - greutatea moarta la tubare g- acceleratia

gravitationala g= 981 ms2 ac(M )

- acceleratia miscarii carligului are valori cuprinse in domeniul

[0515]∙ ms2

Greutatea moartă la tubare se determină ţinacircnd cont de greutatea elementelor ansamblului

MC a chiolbaşilor (Ch) a elevatorului cu pene (ElP) şi a ramurilor de cablu dintre macara şi

geamblac

GoT =

GMC+G ch+GEl P+GCM

(376)

Deoarece la acest moment nu se cunoaşte tipodimensiunea cablului şi ca urmare masa sa unitară se face aproximaţia

GoT iquestGMC+G ch+GEl P (377)

rezulta

GOT=8446 kN+243kN+20601 kN=1075 kN

Ştiind tipul IF se determină

FM

=200tf= 200∙981 =1962kNSe accepta

ac(M )=1 m s2

si se obtine

FM =1962 kN+107 5 kNsdot(1+ 19 81 )=2080 46 kN

60

Se calculeaza

F =

2080 46 kN2sdot5sdot0 811

=256 531 kN

Se determină sarcina reală minimă de rupere necesară a cablului cu formula

Srmnec gecM middot FM (378)

c M=2 ( conform API) si rezulta

Srmnec =2∙256531kN=513062kN

Se alege un cablu Seale cu o măsură a lui Srm astfel icircncacirct să fie icircndeplinită condiţia următoare

Sr mgtSr m nec

(379)

Ca urmare din [1] tabelul 52 se constată că se poate alege

Cablu Seale 6x19-32-1570 SZ STAS1689-80

caracterizat prin

nT=6 nr toroane

n f=19=1+9+9 nr fire din fiecare torondc=32 mm diametrul nominalRm=1570 MPa rezistenta minima de rupere a sarmelorSr m=531 32 kN sarcina reala minima de rupered0=3 mm diametrul sarmelor centraled1=1 45 mm diametrul sarmelor intermediared2=26 mm diametrul sarmelor exterioarem1 C=3 89 kg m masa unitara

Tipul cablării cruce dreapta (SZ) adică sensul de icircnfăşurare a firelor icircn toron este spre stanga(S) iar sensul de icircnfăşurare a toroanelor icircn cablu este spre dreapta (Z)Sr m=531 32gtSr nec=513 062 kN

Deci conditiaSr mgtSr nec este satisfacuta

Se reia calculul pentru verificare

61

Trebuie sa recalculam FM tinand cont si de greutatea cablului GCM

GCM =2sdotzsdotlr CM(M ) sdotqc (3710)

qc - greutatea unitara a cabluluiqc =m1 Csdotg (3711)

qc =3 89 kg msdot9 81 m s2=38 161 N mlr CM(M ) =(15 m+lp )+sminuslb (3712)

lr CM(M )

=(15 m+27 m)+65 mminus9 m=26 m

in care s=65m ndash spatiu de siguranta lb=9m lungimea unui burlanlp=27m lungimea pasului

GCM=2sdot5sdot26 msdot38 161 N m=9 922 kN

GoT=107 5 kN+9 922kN=117 422kN

Pentru IF F200-2DH vom avea

F =

2091 413 kN2sdot5sdot0 811

=257 88 kN

c M=Sr m

F c M=531 32kN

257 88 kN=2 06gtc=2

Tabelul 375 Parametrii caracteristici ai cablurilor Seale 6 x 19 conform STAS 1689-80

38 Alegerea troliului de foraj

62

FN=200sdot9 81kN+117 442kN (1+ 19 81

)=2091 413kN

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

inferior D2 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului superior cu umărul cacircrligului H1 ndash raza de curbură a suprafeţei de contact a ochiului inferior cu umărul elevatorului d d1 ndash diametrul barei L ndash lungimea de lucru (dintre

punctele de sprijin pe umărul cacircrligului şi pe umărul elevatorului)

Conform normelor prevazute pentru F200-2DH se aleg chiolbasi de tip greu serie Chiolbaşi 69 x 2100 x 320

Gama de sarcini Fch = 320 tf perDimensiuni principale- d1 = 85 mm- C2 = 108 mm

- G1 =70 mm- D2 = 34 mm - H1 = 345 mm- Lungimea totala Lch = 2100 mm- Masa netă informativă mch = 247 kgper

Se calculează greutatea chiolbaşilor cu relaţia următoare

GCh= mCh middot g (36)

GCh = 247 kg middot 981 ms2 = 243 kN

37Alegerea cablului de manevra

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

1 la manevră cablul de manevră sau de foraj

2 la efectuarea operaţiilor de lăcărit cablul de lăcărit

3 la ancorarea turlei sau mastului cablul de ancoră

4 pentru rabaterea turlei cablul de praştie

5 la efectuarea operaţiilor de carotaj exista cablul de carotaj icircn interiorul cărora sunt amplasaţi

conductori electrici

Cablurile 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

57

1 de acelaşi diametru 5 la fire2 de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 371)

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

Fig 371 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

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

1 organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)

2 metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)

3 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 ]

58

Fig 372 Cablarea a ndash icircnfăşurarea spre dreapta b ndash icircnfăşurarea spre stacircngac ndash cablarea icircn cruce stacircnga (ZS) d ndash cablarea icircn cruce dreapta (SZ)e ndash cablarea paralelă dreapta (ZZ) f ndash cablarea paralelă stacircnga (SS)

Alegerea cablului se face pe baza sarcinii sale reale minime de rupere (Srm) astfel icircncacirct să fie satisfăcută condiţia de rezistenţă (vezi [1])

Srm gecM middot FM (37)

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

CM - coeficientul de siguranţă pentru operatiile de tubare si instrumentatie care se accepta egal cu

valoarea 2 conform API Spec9B iar FM ste forta maxima din RA a infasurarii cablului Ea se

determina cu expresia[1]

(372)

in care FM este forta totala care actioneaza asupra ramurilor din cablu z ndash nr de role de la macaraηMminusG - randamentul masinii macara-geamblac la ridicareRandamentul masinii macara-geamblac la ridicare se obtine cu relatia (cf[1])

ηMminusG=β2 ∙Zminus1

2 ∙ Z ∙ β2 ∙Z ∙ ( βminus1 ) (373)

unde β este inversul randamentului unei role

β= 1ηRo

(374)

pentru care se admite valoarea β =104 conform API iar ηRo =096 (API) randament role

59

FM=FM

2sdotzsdotηM minusG

Conform tipului de ansamblu MC ales z =5 Atunci rezultă

ηMminusG =

1 04225minus12sdot5sdot1 042sdot5 (1 04minus1 )

=0 811

Forţa F M se calculează cu expresia (conform [1])

FM =F M +GoTsdot(1+

ac(M )

g )

(375)

unde FM

este sarcina maxima utila la carlig GoT - greutatea moarta la tubare g- acceleratia

gravitationala g= 981 ms2 ac(M )

- acceleratia miscarii carligului are valori cuprinse in domeniul

[0515]∙ ms2

Greutatea moartă la tubare se determină ţinacircnd cont de greutatea elementelor ansamblului

MC a chiolbaşilor (Ch) a elevatorului cu pene (ElP) şi a ramurilor de cablu dintre macara şi

geamblac

GoT =

GMC+G ch+GEl P+GCM

(376)

Deoarece la acest moment nu se cunoaşte tipodimensiunea cablului şi ca urmare masa sa unitară se face aproximaţia

GoT iquestGMC+G ch+GEl P (377)

rezulta

GOT=8446 kN+243kN+20601 kN=1075 kN

Ştiind tipul IF se determină

FM

=200tf= 200∙981 =1962kNSe accepta

ac(M )=1 m s2

si se obtine

FM =1962 kN+107 5 kNsdot(1+ 19 81 )=2080 46 kN

60

Se calculeaza

F =

2080 46 kN2sdot5sdot0 811

=256 531 kN

Se determină sarcina reală minimă de rupere necesară a cablului cu formula

Srmnec gecM middot FM (378)

c M=2 ( conform API) si rezulta

Srmnec =2∙256531kN=513062kN

Se alege un cablu Seale cu o măsură a lui Srm astfel icircncacirct să fie icircndeplinită condiţia următoare

Sr mgtSr m nec

(379)

Ca urmare din [1] tabelul 52 se constată că se poate alege

Cablu Seale 6x19-32-1570 SZ STAS1689-80

caracterizat prin

nT=6 nr toroane

n f=19=1+9+9 nr fire din fiecare torondc=32 mm diametrul nominalRm=1570 MPa rezistenta minima de rupere a sarmelorSr m=531 32 kN sarcina reala minima de rupered0=3 mm diametrul sarmelor centraled1=1 45 mm diametrul sarmelor intermediared2=26 mm diametrul sarmelor exterioarem1 C=3 89 kg m masa unitara

Tipul cablării cruce dreapta (SZ) adică sensul de icircnfăşurare a firelor icircn toron este spre stanga(S) iar sensul de icircnfăşurare a toroanelor icircn cablu este spre dreapta (Z)Sr m=531 32gtSr nec=513 062 kN

Deci conditiaSr mgtSr nec este satisfacuta

Se reia calculul pentru verificare

61

Trebuie sa recalculam FM tinand cont si de greutatea cablului GCM

GCM =2sdotzsdotlr CM(M ) sdotqc (3710)

qc - greutatea unitara a cabluluiqc =m1 Csdotg (3711)

qc =3 89 kg msdot9 81 m s2=38 161 N mlr CM(M ) =(15 m+lp )+sminuslb (3712)

lr CM(M )

=(15 m+27 m)+65 mminus9 m=26 m

in care s=65m ndash spatiu de siguranta lb=9m lungimea unui burlanlp=27m lungimea pasului

GCM=2sdot5sdot26 msdot38 161 N m=9 922 kN

GoT=107 5 kN+9 922kN=117 422kN

Pentru IF F200-2DH vom avea

F =

2091 413 kN2sdot5sdot0 811

=257 88 kN

c M=Sr m

F c M=531 32kN

257 88 kN=2 06gtc=2

Tabelul 375 Parametrii caracteristici ai cablurilor Seale 6 x 19 conform STAS 1689-80

38 Alegerea troliului de foraj

62

FN=200sdot9 81kN+117 442kN (1+ 19 81

)=2091 413kN

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

1 de acelaşi diametru 5 la fire2 de diametre diferite icircn straturi sau construcţie compound

Cablul de construcţie cu diametre diferite ale sacircrmelor poate fi icircn mai multe variante (figura 371)

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

Fig 371 Diferite construcţii de cabluri

a - Seale b - Filler c ndash Warrington

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

1 organica (din cacircnepa icircmbibată icircn ulei)

2 metalica (aceasta inima păstrează forma cablului)

3 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 ]

58

Fig 372 Cablarea a ndash icircnfăşurarea spre dreapta b ndash icircnfăşurarea spre stacircngac ndash cablarea icircn cruce stacircnga (ZS) d ndash cablarea icircn cruce dreapta (SZ)e ndash cablarea paralelă dreapta (ZZ) f ndash cablarea paralelă stacircnga (SS)

Alegerea cablului se face pe baza sarcinii sale reale minime de rupere (Srm) astfel icircncacirct să fie satisfăcută condiţia de rezistenţă (vezi [1])

Srm gecM middot FM (37)

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

CM - coeficientul de siguranţă pentru operatiile de tubare si instrumentatie care se accepta egal cu

valoarea 2 conform API Spec9B iar FM ste forta maxima din RA a infasurarii cablului Ea se

determina cu expresia[1]

(372)

in care FM este forta totala care actioneaza asupra ramurilor din cablu z ndash nr de role de la macaraηMminusG - randamentul masinii macara-geamblac la ridicareRandamentul masinii macara-geamblac la ridicare se obtine cu relatia (cf[1])

ηMminusG=β2 ∙Zminus1

2 ∙ Z ∙ β2 ∙Z ∙ ( βminus1 ) (373)

unde β este inversul randamentului unei role

β= 1ηRo

(374)

pentru care se admite valoarea β =104 conform API iar ηRo =096 (API) randament role

59

FM=FM

2sdotzsdotηM minusG

Conform tipului de ansamblu MC ales z =5 Atunci rezultă

ηMminusG =

1 04225minus12sdot5sdot1 042sdot5 (1 04minus1 )

=0 811

Forţa F M se calculează cu expresia (conform [1])

FM =F M +GoTsdot(1+

ac(M )

g )

(375)

unde FM

este sarcina maxima utila la carlig GoT - greutatea moarta la tubare g- acceleratia

gravitationala g= 981 ms2 ac(M )

- acceleratia miscarii carligului are valori cuprinse in domeniul

[0515]∙ ms2

Greutatea moartă la tubare se determină ţinacircnd cont de greutatea elementelor ansamblului

MC a chiolbaşilor (Ch) a elevatorului cu pene (ElP) şi a ramurilor de cablu dintre macara şi

geamblac

GoT =

GMC+G ch+GEl P+GCM

(376)

Deoarece la acest moment nu se cunoaşte tipodimensiunea cablului şi ca urmare masa sa unitară se face aproximaţia

GoT iquestGMC+G ch+GEl P (377)

rezulta

GOT=8446 kN+243kN+20601 kN=1075 kN

Ştiind tipul IF se determină

FM

=200tf= 200∙981 =1962kNSe accepta

ac(M )=1 m s2

si se obtine

FM =1962 kN+107 5 kNsdot(1+ 19 81 )=2080 46 kN

60

Se calculeaza

F =

2080 46 kN2sdot5sdot0 811

=256 531 kN

Se determină sarcina reală minimă de rupere necesară a cablului cu formula

Srmnec gecM middot FM (378)

c M=2 ( conform API) si rezulta

Srmnec =2∙256531kN=513062kN

Se alege un cablu Seale cu o măsură a lui Srm astfel icircncacirct să fie icircndeplinită condiţia următoare

Sr mgtSr m nec

(379)

Ca urmare din [1] tabelul 52 se constată că se poate alege

Cablu Seale 6x19-32-1570 SZ STAS1689-80

caracterizat prin

nT=6 nr toroane

n f=19=1+9+9 nr fire din fiecare torondc=32 mm diametrul nominalRm=1570 MPa rezistenta minima de rupere a sarmelorSr m=531 32 kN sarcina reala minima de rupered0=3 mm diametrul sarmelor centraled1=1 45 mm diametrul sarmelor intermediared2=26 mm diametrul sarmelor exterioarem1 C=3 89 kg m masa unitara

Tipul cablării cruce dreapta (SZ) adică sensul de icircnfăşurare a firelor icircn toron este spre stanga(S) iar sensul de icircnfăşurare a toroanelor icircn cablu este spre dreapta (Z)Sr m=531 32gtSr nec=513 062 kN

Deci conditiaSr mgtSr nec este satisfacuta

Se reia calculul pentru verificare

61

Trebuie sa recalculam FM tinand cont si de greutatea cablului GCM

GCM =2sdotzsdotlr CM(M ) sdotqc (3710)

qc - greutatea unitara a cabluluiqc =m1 Csdotg (3711)

qc =3 89 kg msdot9 81 m s2=38 161 N mlr CM(M ) =(15 m+lp )+sminuslb (3712)

lr CM(M )

=(15 m+27 m)+65 mminus9 m=26 m

in care s=65m ndash spatiu de siguranta lb=9m lungimea unui burlanlp=27m lungimea pasului

GCM=2sdot5sdot26 msdot38 161 N m=9 922 kN

GoT=107 5 kN+9 922kN=117 422kN

Pentru IF F200-2DH vom avea

F =

2091 413 kN2sdot5sdot0 811

=257 88 kN

c M=Sr m

F c M=531 32kN

257 88 kN=2 06gtc=2

Tabelul 375 Parametrii caracteristici ai cablurilor Seale 6 x 19 conform STAS 1689-80

38 Alegerea troliului de foraj

62

FN=200sdot9 81kN+117 442kN (1+ 19 81

)=2091 413kN

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

Fig 372 Cablarea a ndash icircnfăşurarea spre dreapta b ndash icircnfăşurarea spre stacircngac ndash cablarea icircn cruce stacircnga (ZS) d ndash cablarea icircn cruce dreapta (SZ)e ndash cablarea paralelă dreapta (ZZ) f ndash cablarea paralelă stacircnga (SS)

Alegerea cablului se face pe baza sarcinii sale reale minime de rupere (Srm) astfel icircncacirct să fie satisfăcută condiţia de rezistenţă (vezi [1])

Srm gecM middot FM (37)

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

CM - coeficientul de siguranţă pentru operatiile de tubare si instrumentatie care se accepta egal cu

valoarea 2 conform API Spec9B iar FM ste forta maxima din RA a infasurarii cablului Ea se

determina cu expresia[1]

(372)

in care FM este forta totala care actioneaza asupra ramurilor din cablu z ndash nr de role de la macaraηMminusG - randamentul masinii macara-geamblac la ridicareRandamentul masinii macara-geamblac la ridicare se obtine cu relatia (cf[1])

ηMminusG=β2 ∙Zminus1

2 ∙ Z ∙ β2 ∙Z ∙ ( βminus1 ) (373)

unde β este inversul randamentului unei role

β= 1ηRo

(374)

pentru care se admite valoarea β =104 conform API iar ηRo =096 (API) randament role

59

FM=FM

2sdotzsdotηM minusG

Conform tipului de ansamblu MC ales z =5 Atunci rezultă

ηMminusG =

1 04225minus12sdot5sdot1 042sdot5 (1 04minus1 )

=0 811

Forţa F M se calculează cu expresia (conform [1])

FM =F M +GoTsdot(1+

ac(M )

g )

(375)

unde FM

este sarcina maxima utila la carlig GoT - greutatea moarta la tubare g- acceleratia

gravitationala g= 981 ms2 ac(M )

- acceleratia miscarii carligului are valori cuprinse in domeniul

[0515]∙ ms2

Greutatea moartă la tubare se determină ţinacircnd cont de greutatea elementelor ansamblului

MC a chiolbaşilor (Ch) a elevatorului cu pene (ElP) şi a ramurilor de cablu dintre macara şi

geamblac

GoT =

GMC+G ch+GEl P+GCM

(376)

Deoarece la acest moment nu se cunoaşte tipodimensiunea cablului şi ca urmare masa sa unitară se face aproximaţia

GoT iquestGMC+G ch+GEl P (377)

rezulta

GOT=8446 kN+243kN+20601 kN=1075 kN

Ştiind tipul IF se determină

FM

=200tf= 200∙981 =1962kNSe accepta

ac(M )=1 m s2

si se obtine

FM =1962 kN+107 5 kNsdot(1+ 19 81 )=2080 46 kN

60

Se calculeaza

F =

2080 46 kN2sdot5sdot0 811

=256 531 kN

Se determină sarcina reală minimă de rupere necesară a cablului cu formula

Srmnec gecM middot FM (378)

c M=2 ( conform API) si rezulta

Srmnec =2∙256531kN=513062kN

Se alege un cablu Seale cu o măsură a lui Srm astfel icircncacirct să fie icircndeplinită condiţia următoare

Sr mgtSr m nec

(379)

Ca urmare din [1] tabelul 52 se constată că se poate alege

Cablu Seale 6x19-32-1570 SZ STAS1689-80

caracterizat prin

nT=6 nr toroane

n f=19=1+9+9 nr fire din fiecare torondc=32 mm diametrul nominalRm=1570 MPa rezistenta minima de rupere a sarmelorSr m=531 32 kN sarcina reala minima de rupered0=3 mm diametrul sarmelor centraled1=1 45 mm diametrul sarmelor intermediared2=26 mm diametrul sarmelor exterioarem1 C=3 89 kg m masa unitara

Tipul cablării cruce dreapta (SZ) adică sensul de icircnfăşurare a firelor icircn toron este spre stanga(S) iar sensul de icircnfăşurare a toroanelor icircn cablu este spre dreapta (Z)Sr m=531 32gtSr nec=513 062 kN

Deci conditiaSr mgtSr nec este satisfacuta

Se reia calculul pentru verificare

61

Trebuie sa recalculam FM tinand cont si de greutatea cablului GCM

GCM =2sdotzsdotlr CM(M ) sdotqc (3710)

qc - greutatea unitara a cabluluiqc =m1 Csdotg (3711)

qc =3 89 kg msdot9 81 m s2=38 161 N mlr CM(M ) =(15 m+lp )+sminuslb (3712)

lr CM(M )

=(15 m+27 m)+65 mminus9 m=26 m

in care s=65m ndash spatiu de siguranta lb=9m lungimea unui burlanlp=27m lungimea pasului

GCM=2sdot5sdot26 msdot38 161 N m=9 922 kN

GoT=107 5 kN+9 922kN=117 422kN

Pentru IF F200-2DH vom avea

F =

2091 413 kN2sdot5sdot0 811

=257 88 kN

c M=Sr m

F c M=531 32kN

257 88 kN=2 06gtc=2

Tabelul 375 Parametrii caracteristici ai cablurilor Seale 6 x 19 conform STAS 1689-80

38 Alegerea troliului de foraj

62

FN=200sdot9 81kN+117 442kN (1+ 19 81

)=2091 413kN

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

Conform tipului de ansamblu MC ales z =5 Atunci rezultă

ηMminusG =

1 04225minus12sdot5sdot1 042sdot5 (1 04minus1 )

=0 811

Forţa F M se calculează cu expresia (conform [1])

FM =F M +GoTsdot(1+

ac(M )

g )

(375)

unde FM

este sarcina maxima utila la carlig GoT - greutatea moarta la tubare g- acceleratia

gravitationala g= 981 ms2 ac(M )

- acceleratia miscarii carligului are valori cuprinse in domeniul

[0515]∙ ms2

Greutatea moartă la tubare se determină ţinacircnd cont de greutatea elementelor ansamblului

MC a chiolbaşilor (Ch) a elevatorului cu pene (ElP) şi a ramurilor de cablu dintre macara şi

geamblac

GoT =

GMC+G ch+GEl P+GCM

(376)

Deoarece la acest moment nu se cunoaşte tipodimensiunea cablului şi ca urmare masa sa unitară se face aproximaţia

GoT iquestGMC+G ch+GEl P (377)

rezulta

GOT=8446 kN+243kN+20601 kN=1075 kN

Ştiind tipul IF se determină

FM

=200tf= 200∙981 =1962kNSe accepta

ac(M )=1 m s2

si se obtine

FM =1962 kN+107 5 kNsdot(1+ 19 81 )=2080 46 kN

60

Se calculeaza

F =

2080 46 kN2sdot5sdot0 811

=256 531 kN

Se determină sarcina reală minimă de rupere necesară a cablului cu formula

Srmnec gecM middot FM (378)

c M=2 ( conform API) si rezulta

Srmnec =2∙256531kN=513062kN

Se alege un cablu Seale cu o măsură a lui Srm astfel icircncacirct să fie icircndeplinită condiţia următoare

Sr mgtSr m nec

(379)

Ca urmare din [1] tabelul 52 se constată că se poate alege

Cablu Seale 6x19-32-1570 SZ STAS1689-80

caracterizat prin

nT=6 nr toroane

n f=19=1+9+9 nr fire din fiecare torondc=32 mm diametrul nominalRm=1570 MPa rezistenta minima de rupere a sarmelorSr m=531 32 kN sarcina reala minima de rupered0=3 mm diametrul sarmelor centraled1=1 45 mm diametrul sarmelor intermediared2=26 mm diametrul sarmelor exterioarem1 C=3 89 kg m masa unitara

Tipul cablării cruce dreapta (SZ) adică sensul de icircnfăşurare a firelor icircn toron este spre stanga(S) iar sensul de icircnfăşurare a toroanelor icircn cablu este spre dreapta (Z)Sr m=531 32gtSr nec=513 062 kN

Deci conditiaSr mgtSr nec este satisfacuta

Se reia calculul pentru verificare

61

Trebuie sa recalculam FM tinand cont si de greutatea cablului GCM

GCM =2sdotzsdotlr CM(M ) sdotqc (3710)

qc - greutatea unitara a cabluluiqc =m1 Csdotg (3711)

qc =3 89 kg msdot9 81 m s2=38 161 N mlr CM(M ) =(15 m+lp )+sminuslb (3712)

lr CM(M )

=(15 m+27 m)+65 mminus9 m=26 m

in care s=65m ndash spatiu de siguranta lb=9m lungimea unui burlanlp=27m lungimea pasului

GCM=2sdot5sdot26 msdot38 161 N m=9 922 kN

GoT=107 5 kN+9 922kN=117 422kN

Pentru IF F200-2DH vom avea

F =

2091 413 kN2sdot5sdot0 811

=257 88 kN

c M=Sr m

F c M=531 32kN

257 88 kN=2 06gtc=2

Tabelul 375 Parametrii caracteristici ai cablurilor Seale 6 x 19 conform STAS 1689-80

38 Alegerea troliului de foraj

62

FN=200sdot9 81kN+117 442kN (1+ 19 81

)=2091 413kN

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

Se calculeaza

F =

2080 46 kN2sdot5sdot0 811

=256 531 kN

Se determină sarcina reală minimă de rupere necesară a cablului cu formula

Srmnec gecM middot FM (378)

c M=2 ( conform API) si rezulta

Srmnec =2∙256531kN=513062kN

Se alege un cablu Seale cu o măsură a lui Srm astfel icircncacirct să fie icircndeplinită condiţia următoare

Sr mgtSr m nec

(379)

Ca urmare din [1] tabelul 52 se constată că se poate alege

Cablu Seale 6x19-32-1570 SZ STAS1689-80

caracterizat prin

nT=6 nr toroane

n f=19=1+9+9 nr fire din fiecare torondc=32 mm diametrul nominalRm=1570 MPa rezistenta minima de rupere a sarmelorSr m=531 32 kN sarcina reala minima de rupered0=3 mm diametrul sarmelor centraled1=1 45 mm diametrul sarmelor intermediared2=26 mm diametrul sarmelor exterioarem1 C=3 89 kg m masa unitara

Tipul cablării cruce dreapta (SZ) adică sensul de icircnfăşurare a firelor icircn toron este spre stanga(S) iar sensul de icircnfăşurare a toroanelor icircn cablu este spre dreapta (Z)Sr m=531 32gtSr nec=513 062 kN

Deci conditiaSr mgtSr nec este satisfacuta

Se reia calculul pentru verificare

61

Trebuie sa recalculam FM tinand cont si de greutatea cablului GCM

GCM =2sdotzsdotlr CM(M ) sdotqc (3710)

qc - greutatea unitara a cabluluiqc =m1 Csdotg (3711)

qc =3 89 kg msdot9 81 m s2=38 161 N mlr CM(M ) =(15 m+lp )+sminuslb (3712)

lr CM(M )

=(15 m+27 m)+65 mminus9 m=26 m

in care s=65m ndash spatiu de siguranta lb=9m lungimea unui burlanlp=27m lungimea pasului

GCM=2sdot5sdot26 msdot38 161 N m=9 922 kN

GoT=107 5 kN+9 922kN=117 422kN

Pentru IF F200-2DH vom avea

F =

2091 413 kN2sdot5sdot0 811

=257 88 kN

c M=Sr m

F c M=531 32kN

257 88 kN=2 06gtc=2

Tabelul 375 Parametrii caracteristici ai cablurilor Seale 6 x 19 conform STAS 1689-80

38 Alegerea troliului de foraj

62

FN=200sdot9 81kN+117 442kN (1+ 19 81

)=2091 413kN

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

Trebuie sa recalculam FM tinand cont si de greutatea cablului GCM

GCM =2sdotzsdotlr CM(M ) sdotqc (3710)

qc - greutatea unitara a cabluluiqc =m1 Csdotg (3711)

qc =3 89 kg msdot9 81 m s2=38 161 N mlr CM(M ) =(15 m+lp )+sminuslb (3712)

lr CM(M )

=(15 m+27 m)+65 mminus9 m=26 m

in care s=65m ndash spatiu de siguranta lb=9m lungimea unui burlanlp=27m lungimea pasului

GCM=2sdot5sdot26 msdot38 161 N m=9 922 kN

GoT=107 5 kN+9 922kN=117 422kN

Pentru IF F200-2DH vom avea

F =

2091 413 kN2sdot5sdot0 811

=257 88 kN

c M=Sr m

F c M=531 32kN

257 88 kN=2 06gtc=2

Tabelul 375 Parametrii caracteristici ai cablurilor Seale 6 x 19 conform STAS 1689-80

38 Alegerea troliului de foraj

62

FN=200sdot9 81kN+117 442kN (1+ 19 81

)=2091 413kN

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

Fig 37 Troliul de foraj de tipul TF38

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

1 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

2 icircnfăşurarea stracircngerea slăbirea şi deşurubarea paşilor de prăjini precum şi

adăugarea bucăţilor de avansare operaţii realizate cu ajutorul mosoarelor troliului

3 transmiterea mişcării de rotaţie la masa rotativă (la unele construcţii)

4 susţinerea garniturii de foraj şi reglarea apăsării pe sapa icircn timpul procesului de săpare

5 lucrări de punere icircn producţie pistonat lăcărit carotaj prin prăjini operaţii care se

executa cu ajutorul tobei de lăcărit

6 ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul tobei de lăcărit

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]

Tabel 36 Caracteristicile troliului de foraj

Denumire TF38Tractiune maxima in cablu kN 380Putere maxima la intrare kW 1500Diametrul cablului mm 35Nr de viteze la toba de - 4+2R

63

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

Diametrul tobei de manevra mm 800Lungimea tobei de manevra mm 1325Ambreiaj pe partea ldquoincetrdquo - AVB1250x300Lant pe partea ldquoincetrdquo - 3x2 frac12 inAmbreiaj pe partea ldquorepederdquo - AVB1120x300Lant pe partea ldquorepederdquo - 3x2 frac12 inDiametrul tambur frana mm 1400Latime tambur frana mm 269Aria suprafetei de franare dm2 22343Frana auxiliara FH60

Se alege un troliu de foraj TF 38

39 Concluzii

In acest capitol au fost alese principalele utilaje ale instalatiei de foraj si au fost prezentati

parametrii si caracteristicile lor Principiul dupa care au fost alese aceste utilaje a fost clasa si tipul

instalatiei de foraj calculate in capitolul anterior Utilajul calculat a fost ales astfel incat sa

corespunda cerintelor instalatiei de foraj si sa o echipeze corespunzator fara sa provoace defecte si

fara sa impiedice buna functionare a instalatiei de foraj

4Concluzii

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

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 exploatarea lor raţionalărdquo şi este destinată studenţilor din anul III icircn vederea

- icircnsuşirii cunoştinţelor predate la disciplina UTILAJ PETROLIER- deprinderea activităţilor de proiectare şi proiectare şi de exploatare a utilajului petrolier de

schela prin aplicarea cunoştinţelor de la disciplinele de specialitateObiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta icircn icircmbunătăţirea construcţiei şi funcţionării TF şi SM prin

64

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

- 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

BIBLIOGRAFIE

1 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de curs Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

2 Parepa S Utilaje Petroliere Notiţe de laborator Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul univ 2013 ndash 2014

3 Parepa S Utilaje Petroliere Indicaţii la tema de proiectare bdquoProiectarea şi exploatarea raţională a troliului de foraj (TF) al unei instalaţii de foraj (IF)rdquo Universitatea Petrol ndash Gaze din Ploieşti Anul Univ 2013-2014

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

5 Radulescu Al Mihailescu A Cristea V Carnet tehnic Utilaj petrolier-foraj Editura tehnică Bucureşti 1975

6 Ulmanu V Material tubular petrolier Editura Tehnică Bucureşti 19927 Costin I Scule pentru foraj şi extracţie Editura tehnică Bucureşti 19908 Cristea V Gradisteanu I Peligrad N Instalaţii şi utilaje pentru forarea

sondelor Editura Tehnică Bucureşti 19859 Tatu Gr Carnet tehnic Forarea sondelor Editura Tehnica Bucuresti

65

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66

10 Forajul sondelor Carnet tehnic SC Petrostar SA Ploiesti 11 STAS 328-86 Sape cu trei conuri 12 STAS 875-86 Burlane pentru tubaj şi mufele lor Dimensiuni13 Standarde ale instalatiilor si utilajelor de foraj14 API Spec 7K Specification for Drilling Equipement15 API Spec 8A Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement16 API Spec 8C Specification for Drilling and Production Hoisting Equipement

(PSL 1 and PSL2)

66