Івано-Франківський національний технічний
університет нафти і газу
Шостаківський І.І., Гладкий С.І., Лівак І.Д.
ОСНОВИ НАФТОгазовоЇ СПРАВИ
МОДУЛЬ 4
ОСНОВИ НАФТОГАЗОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ
Лабораторний практикум
2010
Міністерство освіти і науки України
Івано-Франківський національний технічний
університет нафти і газу
Кафедра нафтогазового обладнання
Шостаківський І.І., Гладкий С.І., Лівак І.Д.
ОСНОВИ НАФТОгазовоЇ СПРАВИ
МОДУЛЬ 4
ОСНОВИ НАФТОГАЗОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ
Лабораторний практикум
Для студентів напряму підготовки
6.050304 – "Нафтогазова справа"
Рекомендовано
методичною радою університету
Івано-Франківськ
2010
МВ 02070855-1663-2010
Шостаківський І.І., Гладкий С.І., Лівак І.Д. Основи нафтогазової справи. Модуль 4. Основи нафтогазових технологій. Лабораторний практикум – Івано-Франківськ.: Факел, 2010. – 31 с.
Лабораторний практикум містить методичні вказівки для проведення лабораторних занять з четвертого модуля “Основи нафтогазових технологій” дисципліни “Основи нафтогазової справи”. Розроблений у відповідності з робочою програмою навчальної дисципліни та навчальним планом підготовки бакалаврів за напрямом 6.050304 – “Нафтогазова справа”.
Може бути використаний студентами денної та заочної форм навчання.
Рецензент: канд. техн. наук, доцент кафедри нафтогазового обладнання ІФНТУНГ Концур І.Ф.
Рекомендовано методичною радою університету 24.05.2010 р., протокол № 3.
Голова навчально-методичного об’єднання
спеціальності “Обладнання нафтових і
газових промислів” Є. І. Крижанівський
Завідувач кафедри
нафтогазового обладнання Є. І. Крижанівський
Голова експертно-рецензійної
комісії університету І. В. Костриба
Нормоконтролер Г. Я. Онуфрик
Коректор Н. Ф. Будуйкевич
Інженер I категорії Н. В. Мирка
© Шостаківський І.І., Гладкий С.І., Лівак І.Д., 2010
© ІФНТУНГ, 2010
МВ 02070855-1663-2010
Шостаківський І.І., Гладкий С.І., Лівак І.Д. Основи нафтогазової справи. Модуль 4. Основи нафтогазових технологій. Лабораторний практикум – Івано-Франківськ.: Факел, 2010. – 31 с.
Лабораторний практикум містить методичні вказівки для проведення лабораторних занять з четвертого модуля “Основи нафтогазових технологій” дисципліни “Основи нафтогазової справи”. Розроблений у відповідності з робочою програмою навчальної дисципліни та навчальним планом підготовки бакалаврів за напрямом 6.050304 – “Нафтогазова справа”.
Може бути використаний студентами денної та заочної форм навчання.
Рецензент: канд. техн. наук, доцент кафедри нафтогазового обладнання ІФНТУНГ Концур І.Ф.
Рекомендовано методичною радою університету 24.05.2010 р., протокол № 3.
© Шостаківський І.І., Гладкий С.І., Лівак І.Д., 2010
© ІФНТУНГ, 2010
зМІСТ
Лабораторне заняття № 1 Комплекс наземного обладнання бурової установки...... |
4 |
Лабораторне заняття № 2 Обладнання гирла бурової свердловини............................ |
9 |
Лабораторне заняття № 3 Обладнання фонтанної свердловини.................................................................................. |
15 |
Лабораторне заняття № 4 Обладнання для видобування нафти установкою зануреного електровідцентрового насоса. ........................ |
21 |
Лабораторне заняття № 5 Установка штангового свердловинного насоса (УШСН) ........................................................................................ |
27 |
|
|
|
|
|
|
Лабораторне заняття № 1
Вивчення комплексу обладнання бурової установки
1 Мета заняття
1.1 Вивчення призначення складових частин бурової установки (БУ).
1.2 Будова і принцип дії моделі лабораторної бурової установки.
1.3 Ознайомлення із складом підйомного комплексу, агрегатами і вузлами натурної БУ «Уралмаш 3Д-76».
2 Об’єкт для проведення заняття і тривалість заняття
2.1 Діюча модель лабораторної бурової установки.
2.2 Натурна БУ «Уралмаш 3Д-76».
2.3 Робота розрахована на 4 години. Лабораторне заняття проводиться на базі лабораторії „Гідромашини і компресори, бурове і нафтогазопромислове устаткування” кафедри нафтогазового обладнання ІФНТУНГ та натурній БУ «Уралмаш 3Д-76» навчально-науково-виробничого центру ІФНТУНГ (с.Загвіздя).
3 Короткі теоретичні відомості
Бурова установка – комплекс обладнання, допоміжного та енергетичного обладнання для виконання повного обсягу робіт в процесі спорудження свердловини [6.1].
Функціональну схему БУ приведено на рис. 1.1.
Функції основних агрегатів БУ:
- бурові споруди (вишка, основи, фундаменти) призначені для монтажу бурового обладнання, його транспортування та забезпечення безпеки праці;
- ротор (при роторному способі буріння) – обертання бурильної колони і долота;
- бурильна колона – передачі крутного моменту на долото, подачі промивної рідини до долота;
- підйомний механізм (лебідка, талева система), – подачі бурильної колони на вибій свердловини, підйому бурильної колони для заміни зношеного долота, спуску обсадної колони;
- вертлюг – забезпечення вільного обертання колони бурильних труб і подачі бурового розчину через шлангове з’єднання нерухомого стояка;
- насосно-циркуляційна система – очистки свердловини від викуреної породи;
- силовий привід – енергопостачання до основних виконавчих механізмів (лебідки, ротора. бурового насоса);
- противикидне обладнання – попередження викидів флюїдів із свердловини.
Рисунок 1.1 – Функціональна схема бурової установки:
1 – бурильна колона; 2 – долото; 3 – талевий канат
Основні параметри бурових комплектних установок для глибокого розвідувального і експлуатаційного буріння регламентовані міждержавним ГОСТ 16293-89 [6.2], згідно якого передбачено 12 класів БУ з дизельним, дизельгідравлічним, дизельелектричним і електричним приводами.
Свердловини характеризуються різними глибинами, призначенням буріння, рельєфом поверхні, бурінням на суші чи в акваторіях морів і океанів, кліматичними умовами. Всі ці чинники вимагають застосування БУ різного класу і одночасно певної універсальності і пристосованості.
Основними
параметрами БУ є допустиме навантаження
на гак
,
умовна глибина буріння
,
потужність приводу підйомного комплексу
та насосів, подача і тиск бурових насосів,
діаметр свердловини і бурильних труб,
мобільність і монтажездатність, вид
енергії для приводу основних механізмів.
Обґрунтувати межі доцільності застосування БУ можна тільки на основі аналізу параметрів.
Наприклад, для БУ «Уралмаш-4Э-76» допустиме навантаження на гак = 2500 кН, умовна глибина буріння =5000 м, відповідно для БУ «Уралмаш-5000 ЭР» - =3200 кН, =5000 м. Основні параметри БУ «Уралмаш 3Д-76» приведено в таблиці 1.1.
Таблиця 1.1 – Параметри БУ «Уралмаш 3Д-76»
Параметр |
Величина |
Допустиме навантаження на гак, кН |
2000 |
Умовна глибина буріння, м |
4000 |
Потужність на вхідному валу бурової лебідки, кВт |
670…900 |
Потужність бурового насоса, кВт |
600…750 |
3.1 Опис конструкції і принципу дії моделі БУ Прототипом діючої моделі вибрана БУ «Уралмаш-4Э-76» [6.3].
Принципова схема моделі БУ приведена на рис 1.2.
Установка складається з електродвигуна 1, коробки переміни передач 2, карданного вала 3, одновальної однобарабанної лебідки 4, макета противикидного обладнання 5, талевої системи БУ, що містить кронблок 6, який змонтований у верхній частині вишки баштового типу 7, гакоблок 8, талевий канат 9 ведуча вітка 10 якого закріплена на барабані лебідки 4, а нерухома вітка з’єднана з механізмом кріплення каната 11. Для плавного гальмування і зупинки барабана лебідки застосовується стрічкове гальмо 12 з ручним і дистанційно-аварійним управлінням на пульті управління 13. У верхній частині вишки розташований обмежувач висоти підйому гакоблока 14. Вантаж 15, підвішений за допомогою спеціального штропа на гакоблок 8 імітує вагу бурильної колони. Модель БУ встановлена на спеціальній основі 16.
Рисунок 1.2 – Схема моделі бурової установки
Управління установкою здійснюється за допомогою пульта 13, прилади якого дозволяють проводити контроль параметрів при підйомі і спуску вантажів на різних швидкостях. Такими параметрами є: частота обертання вала електродвигуна, кількість обертів підйомного вала барабана лебідки, час підйому і спуску та інші величини.
3.2 Склад підйомного механізму БУ «Уралмаш 3Д-76»
В склад підйомного механізму БУ «Уралмаш 3Д-76» входять:
вишка ВБ-53-320М (вишка бурова, висотою 53 м, вантажопідйомністю 3200 кН, модернізована);
кронблок У3-200-2 (вантажопідйомність 2000 кН, число шківів – 6);
гакоблок КБ-200 (вантажопідйомність 2000 кН, число шківів – 5);
талевий канат 2-32-1600В (осердя органічне, діаметр – 32 мм, границя міцності – 1600 МПа);
лебідка У2-5-5 (діаметр барабана 800 мм, довжина 1030 мм, потужність 809 кВт, число швидкостей – 5);
механізм кріплення нерухомої вітки каната (допустиме навантаження на барабан 340 кН, діаметр барабана 750 мм).
4 Порядок виконання роботи
4.1 На початку заняття викладачем проводиться інструктаж з техніки безпеки.
4.2 Вивчити призначення основного обладнання БУ.
4.3 Ознайомитись із роботою моделі БУ.
4.4 Зарисувати схему спуско-підіймального комплексу БУ з приводом.
4.5 Ознайомитись із натурним обладнанням БУ «Уралмаш 3Д-76».
4.6 Визначити оснастку талевої системи БУ «Уралмаш 3Д-76».
5 Питання для самоконтролю
5.1 Назвіть основні вузли і агрегати наземного комплексу БУ. Які їх функції?
5.2 Чим обумовлені відмінності в компоновках бурових установок?
5.3 Перелічіть складові частини талевої системи БУ.
5.4 За якими основними критеріями проводять підбір БУ?
6 Перелік рекомендованих джерел
6.1 Баграмов Р.А. Буровые машины и комплексы: Учебник для вузов. –М. :Недра, 1974.
6.2 ГОСТ 16293-89. Установки буровые комплектные для эксплуатационного и глубокого разведочного бурения.
6.3 Алексеевский Г.В. Буровые установки Уралмашзавода. –М. :Недра, 1981.
6.4 Поляков В.П. Буровые установки завода Баррикады. –М. :Недра, 1972.
Лабораторне заняття № 2
Обладнання гирла бурової свердловини
1 Мета заняття
1.1 Ознайомлення з призначенням та комплектністю обладнання гирла свердловини, що буриться.
1.2 Вивчення основних вузлів, принципу дії, функціональних можливостей обладнання гирла свердловини.
2 Об’єкт для проведення заняття і тривалість заняття
Лабораторна превенторна установка.
Натурні взірці вузлів та ущільнюючих елементів превенторів.
Ілюстраційні матеріали – схеми конструкцій превенторів.
Робота розрахована на 2 години.
3 Короткі теоретичні відомості
Гирлове обладнання свердловини має наступні функції:
- попередження неконтрольованих нафто-, газо- і водопроявів;
- управління роботою свердловини в процесі буріння.
Попередження газонафтопроявів є комплексною задачею, яка вирішується за допомогою обв’язки гирла свердловини колонною головкою та встановленням противикидного обладнання (ПВО).
Колонні головки призначені для обв’язки верхніх кінців суміжних обсадних колон, герметизації міжколонного кільцевого простору і контролю за його станом.
Противикидне обладнання свердловини (встановлюється на гирлі свердловин) призначене для герметизації гирла при бурінні і підземному ремонті з метою попередження викидів і відкритих фонтанів.
За допомогою ПВО виконують наступні технологічні операції:
- герметизацію гирла при наявності або відсутності бурового інструмента в свердловині;
- розходжування і провертання бурового інструмента при загерметизованому гирлі з метою недопускання його прихоплювання в свердловині;
- відновлення циркуляції промивної рідини з протитиском на пласт;
- швидкого зниження тиску в свердловині;
- нагнітання бурового розчину зворотнім способом (через затрубний простір).
Типові схеми обладнання гирла свердловини регламентовані ГОСТ 13862-80 [6.1].
Застосування різних схем ПВО, її комплектність визначається геологічними умовами проводки свердловини: очікуваним тиском на гирлі, розміром обсадної колони на яку воно монтується, дебітом (продуктивністю) і складом продукції свердловини.
Основними параметрами ПВО є умовний прохід превенторної зборки в мм (180, 230, 280, 350, 425, 540, 680) та робочий тиск в МПа (14, 21, 35, 70, 105).
Комплекс ПВО включає превенторну зборку (рис. 2.1), яка монтується на колонну головку, маніфольд, систему управління.
Маніфольд призначений для обв’язки ПВО з метою дії на свердловину.
Основними складовими елементами маніфольду є прямоточні засувки, регульовані дроселі, гасителі потоку рідини, манометри з роздільниками середовища та вентилями, трубні секції, трійники, хрестовини.
Превенторна зборка переважно складається з одного превентора з глухими плашками і двох превенторів з труб-ними плашками. При бурінні глибоких свердловин в комплект превенторної зборки включають універсальний превентор. Плашкові превентори (рис. 2.2) з гідравлічним приводом (ППГ) призначені для герметизації гирла свердловин з метою попередження викидів або відкритого фонтанування як при наявності бурильної колони в свердловині (використовуються превентори з трубними плашками), так і без неї (використовуються превентори з глухими плашками).
Наявність превентора з глухими плашками дозволяє також змінювати верхні превентори або їх плашки без демонтажу ПВО.
Вибір типорозміру плашкових превенторів в основному залежить від умовного діаметру прохідного отвору та робо-чого тиску. Плашкові превентори із змінними трубними плаш-ками випускаються промисловістю під бурильні труби від 73 до 168 мм. Наприклад, ППГ-230 х 350 означає, що П - пре-вентор, П - плашковий, Г - з гідравлічним приводом, 230 - діаметр прохідного отвору в мм, 350 - робочий тиск в кгс/см2 (35 МПа).
Рисунок 2.1 – Схема противикидного обладнання:
1 – кондуктор; 2 – проміжна колона; 3 – експлуатаційна колона;
4 – хрестовина; 5 – засувка; 6,7 – плашкові превентори;
8 – універсальний превентор; 9 – катушка; 10 – роз’ємний жолоб
Рисунок 2.2 – Плашковий превентор типу ППГ:
1,6 – кришка; 2 – корпус превентора; 3 – корпус плашки;
4, 9, 13, 14 – гумові ущільнюючі кільця; 5 – гвинти;
7 – гідравлічний циліндр; 8 – поршень; 10 – шліцевий валик; 11 – вилка; 12 – проміжна різьбова втулка;
15 – паропроводи; 16 – ущільнення плашки; 17 – плашка
Універсальні превентори (ПУГ) призначені для герметизації гирла навколо будь-якої частини бурильної колони (ведучої труби, бурильної труби, замків), а також для повного перекривання свердловини при відсутності в ній бурового інструмента.
Система гідравлічного керування ПВО складається з основного пульта (станції управління) та допоміжного пульта. За допомогою станції управління відкривають і закривають плашкові превентори, основні засувки з гідроприводом, закривають універсальний превентор. За допомогою допоміжного пульта, який розташований безпосередньо на робочому місці бурильника, можна закрити і відкрити універсальний превентор, закрити один із плашкових превенторів та одну засувку з гідроприводом. Крім того, плашкові превентори мають ще і ручний привід (штурвали).