DETERMINAREA FORŢELOR NOMINALE LA CĀRLIG

Īn acest capitol vor fi stabilite valorile fortelor nominale la cārligul instalatiei de foraj, pornind de la constructia sondei precizata īn cadrul temei de proiectare.

2. Date initiale:

2.1. Adincimea sondei H = 3000 m

2.2. Sistemul de actionare D; DH; EC.

2.3. Constructia sondei:

Ca urmare a alegerii acestor date, fortele nominale la cārlig vor fi calculate īn functie de greutatea celei mai grele garnituri de foraj utilizata la saparea unei sonde (de regula este garnitura de foraj care are lungimea maxima egala cu adāncimea sondei).

3. Continutul memoriului

3.1. Alegerea tipului instalatiei de foraj

3.1.1. Calculul fortei nominale

Forta la cārlig nominala este forta maxima care apare cu probabilitatea cea mai mare īn timpul operatiei de manevra a garniturii de foraj. Ea este data de cea mai grea garnitura de foraj care de multe ori este cea mai lunga garnitura de foraj. Formula de calcul a fortei nominale este:

F F F

unde

F este forta nominala la cārlig;

F - forta datorata manevrarii garniturii de foraj:

F;

F_o - forta datorata greutatii moarte:

F_o

F

unde

G este greutatea celei mai grele garnituri de foraj;

a - acceleratia 313j97d cu care se manevreaza garnitura de foraj, a = 2 m/s²;

g - acceleratia gravitationala, g = 9,81 m/s²;

k - coeficientul de frecare, k = 0,1;

- densitatea fluidului de foraj, = 1250 kg/m³

- densitatea otelului, kg/m³;

Forta de apasare pe sapa este data de relatia:

j

unde

D_s - diametrul sapei, D_s = 161,92 mm.

Cunoscānd diametrul sapei se va alege diametrul prajinilor grele:

unde

G_pg = 212,41KN;

q_pg - greutatea liniara a prajinilor grele, q_pg = 59,53KN/m;

l_pg - lungimea prajinilor grele,

;

.

Greutatea sapei G_s se neglijeaza.

Greutatea prajinilor de foraj se calculeaza astfel:

unde:

q_pf este greutatea liniara a prajinilor de foraj, q_pf = 0,889KN/m

l_pf - lungimea prajinilor de foraj,

unde

H este adāncimea maxima a sondei, H = 3000m ;

l_pa - lungimea prajinilor de antrenare, l_pa = 10 m;

l_pg - lungimea prajinilor grele, l_pg =356,81m;

Greutatea prajinilor de antrenare, G_pa = 8 kN.

Greutatea celei mai grele garnituri de foraj se determina astfel:

Forta la cārlig nominala va fi urmatoarea:

F+;

F+;

F.

G₀ reprezinta greutatea moarta, G₀ = 10 kN.

Solicitarile garniturii de foraj sunt prezentate īn figura 2:

l_pa - lungimea prajinii de antrenare;

l_pg - lungimea tronsonului de prajni grele;

l_pf - lungimea tronsonului de prajini de foraj;

L_gf - lungimea garniturii de foraj;

q_pa - greutatea specifica a prajinii de antrenare;

q_pf - greutatea pe metru a prajinilor de foraj;

q_pg - greutatea pe metru a prajinilor grele;

F_s - apasarea pe sapa;

- efort unitar de tractiune maxima;

- efort unitar de compresiune maxima.

3.1.2. Calculul fortei maxime

Forta maxima de la cārlig se calculeaza cu relatia:

F_cn F_ds

F_CM = Max    F_CA (13 3/8 in)

F_CI (8 5/8 in)

F_CE (7 in)

unde:

F_CM este forta maxima de la cārlig;

F_cn - forta de la cārlig nominala;

F_ds - forta de desprindere a sapei, F_ds = 600 kN;

F_cn F_ds - accident tehnic;

F_CA - forta la cārlig pentru tubarea unei coloane de antrenare;

F_CI - forta la cārlig pentru tubarea unei coloane intermediare;

F_CE - forta la cārlig pentru tubarea unei coloane de exploatare.

Forta de la cārlig nominala se calculeaza cu relatia:

F = F+ F + 10,5 = 3007,23 kN

F_o=10 ^. 1 = 10,5 kN

F=2561,311 ^. 1 = 2996,73 kN

unde

a este acceleratia de manevra a garniturii de foraj, a = 0,5 m/s²;

g - acceleratia gravitationala, g = 9,81 m/s²;

k - coeficient care pondereaza forta de frecare , k = 0,4;

- densitatea fluidului de foraj, = 2200 kg/m³

- densitatea otelului, = 7850 kg/m³

G₀ - greutatea moarta, G₀ = 10 kN.

Īn acest caz, forta maxima de la cārlig se calculeaza cu relatia:

F_CM

Calculul tronsonarii coloanelor de burlane se face cu ajutorul diagramei de tubare. Astfel, folosind aceasta diagrama, au rezultat valorile , q_i, L_i pentru cele trei coloane, prezentate īn tabelele urmatoare.

Tronsonarea coloanei de burlane 5/8 in

Forta la cārlig pentru tubarea unei coloane intermediare se determina cu relatia:

F_CI

F_CI

F_CI

Tronsonarea coloanei de burlane 7 in

Forta la cārlig pentru tubarea unei coloane de exploatare se determina cu relatia:

F_CE

F_CE

F_CI

F_cn F_ds = 3007,23 + 600 = 3607,23 N

Deci forta maxima la cārlig este:

F_CM F_CE = 1762598,96N=1,7MN

Clasificarea coloanelor de tubaj

Prin "tubarea sondelor" se īntelege complexul de lucrari necesar a fi efectuate pentru introducerea coloanelor formate din burlane de otel, īn gauri de sonda sapate la o anumita adāncime si un anumit diametru. Scopul tubarii sondelor este acela de a realiza urmatoarele deziderate principale:

sa ofere posibilitatea izolarii īntre ele a straturilor ce contin fluide de natura diferita si cu presiuni diferite si de a dirija īn final productia sondei, dupa vointa;

sa īnchida anumite orizonturi care prin natura lor creeaza dificultati importante īn continuarea forajului, dificultati care ar īmpiedica atingerea adāncimii finale proiectate;

sa formeze un suport suficient de rezistent pentru fixarea coloanelor urmatoare.

Adāncimea de tubare se stabileste īn functie de scopul ce se urmareste prin tubarea coloanei respective, fapt care determina de altfel si denumirea coloanei. Diametrul coloanei se stabileste īn functie de mai multi factori, īntre care se mentioneaza: diametrul disponibil al gaurii, adāncimea necesara de tubare si conditiile de lucru cunoscute sau presupuse (estimate).

Dupa scopul urmarit, respectiv dupa destinatia ce se da fiecarei coloane, acestea sunt īmpartite īn urmatoarele categorii:

a)      coloane de ghidaj; au urmatoarele functii:

dirijeaza circuitul fluidului de foraj;

protejeaza peretii beciului sondei si fundatiile instalatiei;

sustine peretii gaurii sapate īn formatiuni neconsolidate;

izoleaza viiturile de apa din formatiunile superioare;

previne pierderile de circulatie pentru forarea la adāncimi mai mari.

b)      coloane de suprafata; au urmatoarele functii:

constituie fundatia necesara pentru instalatiile de la gura putului;

suporta greutatea coloanelor urmatoare, inclusiv a tevilor de extractie;

īnchide stratele superioare, īmpiedicānd contaminarea surselor de apa potabila;

īnchide zonele purtatoare de gaze, īmpiedicānd astfel gazeificarea fluidului de foraj īn cazul pierderilor de circulatie.

c)      coloane intermediare sau coloane de protectie ("coloana tehnica" īn literatura sovietica); functii:

izoleaza sursele importante de apa sarata, cu scopul de a evita contaminarea fluidului de foraj;

sa īnchida zonele cu presiuni scazute;

sa īmpiedice darāmarea formatiunilor putin stabile si sa evite īn consecinta, prinderea prajinilor de foraj;

sa izoleze stratele masive de sare, cu scopul de a īmpiedica formarea de cavitati prin actiunea de dizolvare a sarii de catre fluidul de foraj;

sa preia eventuala presiune mare a stratelor de adāncime.

d)      coloane de exploatare; functii:

sonda reprezinta cu suficienta siguranta, o sonda productiva;

sa protejeze peretii gaurii sapate, pe toata durata productiva a sondei;

sa izoleze orizonturile permeabile si sa īmpiedice astfel migrarea hidrocarburilor;

sa dea posibilitatea exploatarii selective a fluidelor (petrol si gaze) dintr-un anumit zacamānt;

sa constituie o protectie pentru instalatiile si sculele de fund, īmpotriva darāmarii peretilor sondei;

sa ofere posibilitatea controlului presiunii sondei, īn cazul unei defectiuni a tevilor de extractie.

Daca lungimea de tubaj se extinde de la adāncimea proiectata de tubaj pāna la suprafata sau daca portiunea ce urmeaza a fi tubata se limiteaza la lungimea de formatiune deschisa, cuprinsa īntre talpa sondei si coloana precedenta, coloanele pot fi clasificate īn:

coloane īntregi;

coloane pierdute (lainer).

3.1.3. Alegerea tipului instalatiei de foraj

Din catalogul de utilaj tehnic, īn functie de forta maxima la cārlig, se alege instalatia de foraj si interventii 4LD 150.

F_CM =1,7MN

3.1.4. Calculul puterii instalate. Determinarea numarului de grupuri de foraj. Schema principala a actionarii sistemelor

Puterea instalata reprezinta puterea necesara sistemelor de lucru principale si auxiliare īn vederea realizarii procesului tehnologic de foraj si este determinata de modul de actionare al instalatiei de foraj.

Modul de actionare reprezinta modalitatea prin care fluxul energetic se transmite de la motoare la procesul tehnologic. Īn practica se īntālnesc trei moduri principale de actionare:

modul de actionare īn grup ( G₁ si G₂);

modul de actionare individual;

modul de actionare mixt.

Modul de actionare īn grup G₁ este caracterizat prin faptul ca sistemele de lucru principale si auxiliare sunt alimentate de la un grup comun de motoare, avānd aceeasi sursa de energie.

Sistemele de lucru principale sunt:

SM - sistemul de manevra;

SR - sistemul de rotatie;

SC - sistemul de circulatie.

Puterea instalata se calculeaza cu relatia:

unde

P_i este puterea instalata;

P_m - puterea consumata de sistemul de manevra;

P_r - puterea sistemului de rotatie, P_r = 400 kW;

P_c - puterea sistemului de circulatie,

P_a - puterea auxiliara, P_a = 200 kW;

c - coeficient de siguranta, c = 1,1.

unde

v_c este viteza la cārlig, v_c = 1 m/s;

- randamentul (minim) al sistemului de manevra,

;

,

unde

p este presiunea, p = 4 MP_a;

Q - debitul pompei, Q = 50 l/s;

- randamentul motor-pompa, = 0,75.

Deci, puterea instalata va fi:

Numarul necesar de motoare se determina īn functie de puterea instalata. La alegerea numarului de motoare se va avea īn vedere ca numarul acestora sa fie minim.

Cele mai utilizate tipuri de motoare sunt: MB 800 Bb (390 kW), MB 890 Bb (640 kW), ALCO 1180 (1180 kW), ALCO 1840 (1840 kW).

Numarul de motoare se calculeaza cu formula:

unde

n reprezinta numarul de motoare;

P_i - puterea instalata, P_i = 3295,23 kW;

p - puterea motorului, p = 1180 kW.

Deci, conform calcului se vor alege 3 motoare electrice ALCO 1180 (1180kW) pentru modul de actionare īn grup G₁.

Schema principala a actionarii sistemelor este prezentata īn figura 3:

unde

S_EXT este sursa electrica exterioara;

M - motor;

T - transmisii;

TM - transmisia mecanica;

GF - garnitura de foraj;

S - sapa;

PF - pompa de foraj;

PT - procesul tehnologic de forare;

S.Au. - sursa auxiliara;

S.M_(T) - elementul de executie al sistemului de manevra (troliul de foraj);

C - cārligul garniturii de foraj;

R - rotorul masei rotative.

3.2. Determinarea parametrilor principali ai sistemului de manevra si alegerea principalelor utilaje componente

Sistemul de manevra este unul dintre sistemele de lucru principale ale instalatiei de foraj prin care fluxul energetic se transmite de la motor la cārlig cu rolul de a asigura manevrarea materialului tubular īn sonda si se compune din:

motor;

transmisie hidraulica (nu este obligatoriu);

transmisie mecanica;

troliu de foraj;

mecanism macara-geamblac-cārlig.

3.2.1. Determinarea numarului de trepte de viteza la manevra si materializarea schemei cinematice a sistemului de manevra

Numarul de trepte de viteza la manevra se calculeaza cu formula:

unde

;

.

F_CM;

.

;

.

Ratia:

Deci:

Se adopta

Se adopta schema cinematica a sistemului de manevra cu 6 viteze prezentate īn figura 4:

3.2.2. Alegerea geamblacului de foraj

Geamblacul, montat īn vārful turlei, constituind partea fixa a mecanismului macara-geamblac, este format dintr-un numar de role pentru cablu care se rotesc liber pe rulmenti, montati la rāndul lor pe un ax care se sprijina pe suporti. Acesta trebuie sa permita:

trecerea capatului activ al cablului de la toba de manevra īn turla la prima rola;

rotirea usoara a rolelor amplasate astfel ca sa īmpiedice sarirea cablului de pe role;

trecerea capatului mort al cablului de la ultima rola la toba cap mort, fara a atinge elementele turlei sau ale substructurii;

ungerea individuala a rulmentilor rolelor de la locuri accesibile;

securitatea personalului de īntretinere prin aparatori de protectie la piesele īn miscare.

Īntotdeauna geamblacul are cu o rola mai mult decāt macaraua.

Īn functie de forta la cārlig maxima se alege geamblacul de foraj GF 200 cu urmatoarele caracteristici mecanice si geometrice:

sarcina normala de lucru la cārlig a instalatiei: 125 tf;

numarul rolelor de manevra: 6;

asezarea rolelor pe un ax;

diametrul exterior al rolei: 1250 mm;

diametrul cablului de manevra: 32 mm;

diametrul axului: 260 mm;

tipul rulmentului rolei: 57592;

dimensiunile rulmentului: 260/360x105;

dimensiunile de fixare: A = 990 mm; B = 0; G = 340; F = 460; k = 27; z = 8;

dimensiune lungime: 1280 mm;

dimensiune latime: 1250 mm;

dimensiune īnaltime: 1250 mm;

greutatea: 2880 kg.

3.2.3. Alegerea ansamblului macara-cārlig-chiolbasi-elevator

Macaraua este partea mobila a mecanismului macara-geamblac, avānd cu o rola mai putin decāt geamblacul, dar de acelasi tip si echipata cu aceeasi rulmenti.

Īn functie de forta maxima de la cārlig se alege macaraua de foraj MC 200 cu urmatoarele caracteristici mecanice si geometrice:

sarcina normala de lucru la cārlig a instalatiei: 125 tf;

numarul rolelor de manevra: 5;

diametrul exterior al rolei: 1250 mm;

diametrul cablului: 32 mm;

dimensiunile rulmentului: 260/360x105;

cursa: 200 mm;

dimensiuni: C₁ = 101,6 mm; D₁ = 44,4 mm; E₁ = 69,8 mm; F₁ = 114,3 mm; A = 200 mm; B = 608 mm; G = 440 mm; H = 4280 mm; J = 570 mm; K = 746 mm; L = 1290 mm; M = 3410 mm; N = 3860 mm;

greutatea: 7265 kg.

Īn functie de forta maxima de la cārlig se aleg chiolbasii cu gama de sarcini 200 tf / perechi cu urmatoarele sarcini:

d₁ = 73 mm;

d₂ = 34 mm;

C₂ = 102 mm;

H₁ = 28,5 mm;

G₁ = 70 mm;

L = 2100 mm;

masa neta informativa - 177 kg/pereche.

Chiolbasii pentru foraj sunt indicati īn figura 5:

Īn functie de forta maxima de la cārlig se alege elevatorul cu scaun drept, prezentat īn figura 6, cu caracteristicile:

dimensiune nominala 4 ½ in (114 mm);

H₂ = 57,2 mm;

I_{2 max} = 57,2 mm;

Sarcina de lucru 200 tf.

3.2.4. Alegerea cablului de foraj

Cablul este o constructie realizata prin īnfasurarea unor toroane īn jurul unei inimi metalice sau vegetale care preiau eforturi de īntindere si au o mare flexibilitate.

Solicitarile cablurilor se fac la tractiune, unde

,

īn care:

este sarcina de rupere teoretica;

- sarcina reala de rupere.

Cablurile de foraj se aleg īn functie de forta maxima care apare īn cablu īn capatul activ īn timpul operatiei de manevra la operatia de ridicare a garniturii de foraj si este:

F_CM

F_cn

Īn functie de sarcina de rupere se alege din carnetul tehnic cablul de foraj de tip SEALE 6x19 STAS 1689-69 cu:

valoarea sarcinii de rupere S_r = 71223 kf;

valoarea diametrului cablului d_c = 32 mm;

masa cablului m_c = 3,950 kg/m;

aria sectiunii cablului A_c = 414,4 mm².