Расчёт опорного подшипника вертлюга. Расчёт ствола вертлюга на прочность и долговечность

Размещено на http://www.allbest.ru/

5

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

ИРКУТСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Заочно-вечерний факультет

Лабораторные работы

На тему: «Расчёт опорного подшипника вертлюга. Расчёт ствола вертлюга на прочность и долговечность»

Выполнил: студент группы НДБз-15-1

А.А. Петлюк

Проверил Преподаватель

Г.Р.Романов

Иркутск 2020 г.

Лабораторная работа 4. Расчёт опорного подшипника вертлюга

Цель работы: выбор и раcчёт опорного подшипника вертлюга.

Краткие теоретические сведения. Детали, передающие вес бурильной колонны, штопоры, пальцы, и другие, рассчитываются на статическую прочность аналогично деталям талевой системы и др.

Главная опора вертлюга рассчитывается по динамической предельной допустимой нагрузке C, представляющей ограниченный предел выносливости подшипника. Предполагается, что после одного миллиона оборотов 90% подшипников не разрушится.

Таблица 1 - исходные данные

Примечание: 1. Приводятся упорные роликовые подшипники, имеющие только осевую нагрузку.2. Масса муфт не учитывается.

3.Ряд условных диаметров УБТ: D= 146 мм (d= 75 мм), D= 159 мм (d= 80 мм), D= 178 мм (d=98 мм), D=203 мм (d=100 мм), D=219 мм (d=112 мм), D=245 мм (d=135 мм); УБТС2: D=254 мм (d=100 мм), D=273 мм (d=100 мм),D=299 мм (d=100 мм).

Расчет:

При наружном диаметре трубы D = 140 мм и толщине стенки = 9 мм площадь сечения бурильной трубы будет

где d - внутренний диаметр трубы, d = 122 мм.

Объём массы трубы определяется по формуле

Вес бурильных труб в растворе

,

где с - плотность железа; g - ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с².

Рекомендуется соотношение размеров труб D_бт? 0,75·D_убт, тогда D_убт= 140/0,75= 186.6 мм.

Для D_убтможно принять размеры 178 мм или 203 мм. Применяется диаметр D_убт= 203 мм.

При таком наружном диаметре и толщине стенки трубы д= 40 мм вес труб составляет:

Нагрузка на долото F_Д = 0,2 МН. Она определяется по прибору или принимается приблизительно 15% от веса бурильных труб.

Вес бурильной колонны в растворе рассчитывается по формуле

Значение F_Д= 0,2 МН составляет 15% от веса F_x= 1,14 МН.

Эквивалентная динамическая нагрузка

Расчётный ресурс опоры вертлюга рассчитывается по формуле

оборотов.

Если средняя механическая скорость роторного бурения этой скважины х_{б. ср}= 5 м/ч, то для того, чтобы пробурить скважину, потребуется вращать колонну h_б = 1000 ч, и за это время при средней частоте вращения n_ср= 100 об/мин она сделает L_k= 60·n_ср·h_б= 60·100·1000= 6·10⁶оборотов.

Расчётное число скважин, которое можно пробурить до выхода опоры из строя:

Опору вертлюга проверяют на статическую нагрузку, которая должна быть выше разрывной прочности R_бт применяемых бурильных труб. Например, для глубины 5000 м и F_к= 1,6 МН (1,58 МН) разрывная прочность должна быть не менее

R_бт ? F_к·S_т= 1,6·1,5 = 2,4 МН

где S_т? 1,3ч1,5 - коэффициент запаса.

Статическая нагрузка опоры вертлюга УВ - 250 С₀= 7,8 МН.

Запас прочности опоры на статическую нагрузку

Эта величина вполне допустима. Разрушения роликов опоры вертлюга не должно наступать даже при нагрузке, равной прочности бурильных труб.

В таблице 2 приводятся характеристики роликовых упорных подшипников главных опор вертлюгов.

Таблица 2 Характеристика роликовых упорных подшипников

нагрузка подшипник запас прочности вертлюг

Лабораторная работа 5.Расчёт ствола вертлюга на прочность и долговечность

Цель работы: определение прочности и долговечности ствола вертлюга по коэффициентам запаса прочности, выносливости и долговечности.

Краткие теоретические сведения. Ствол вертлюга - одна из наиболее ответственных деталей вертлюга, так как его поломка может привести к тяжёлой аварии.

В процессе проводки скважины в случае прихватов бурильных колонн и осложнений при спуске обсадных колонн на ствол вертлюга могут действовать пиковые нагрузки, намного превосходящие вес колонны. Эти нагрузки следует рассматривать как статические.

Таблица 3 -исходные данные

Примечание: диаметр отверстия в стволе вертлюга принимается 75 мм.

Расчёт на прочность по статической нагрузке

Статическую нагрузку принимаем по максимально допустимой нагрузке (по паспорту вертлюга). С учётом коэффициента запаса на пиковые ситуации

= = 1 1,3 = 1.3 МН

Напряжение на растяжение

= == 190.4 МПа

Напряжение на внутренней поверхности отверстия ствола и от давления жидкости

+ V = ( + V) = 20 1,7 ( + 0,5) = 172 МПа,

где К = = = 0,8,

V = = = 0,5

тогда =190.4 + 172= 362,4 МПа

Коэффициент запаса статической прочности по пределу текучести

= = = 2 = 1,65

Расчёт на выносливость

Динамическая нагрузка, действующая на ствол вертлюга в процессе бурения

= (1+ ) (? + ) - + .А_сеч.

Плотность раствора и буровых труб соответственно = 1200 кг/м³ и = 7860кг/м³. Общий вес бурильной колонны принимаем по её максимальной нагрузке, действующей на крюк и равной 2,5 МН.

Вероятная нагрузка на долото составляет 15% от максимального веса буровой колонны.

= 0,15 1 = 0,15 МН.

Площадь сечения отверстия ствола вертлюга

Асеч.= = 0,0046 м²;

тогда

= (1 + ) 1 - 0,15 + 20 1,3 0,0046 = 1.12 МН.

Растягивающее напряжение

= = = 164 МПа.

Сумма напряжений

+ V = (+ V) = 20 1,3 (+ 0,5) = 132 МПа.

= 229 + 131,4 = 360,4 мПа.

Коэффициент запаса прочности по выносливости

= ,

где 0,28 = 0,28 1200 = 336 МПа;

= = = = 54 МПа;

= 2 5, принимаем равным 3; так как материал ствола - малолегированная сталь, изготовлен он из фасонной поковки методом ковки, поэтому имеет совершенную кристаллическую структуру и повышенные механические свойства. К тому же резьба ствола от износа предохраняется ниппельным переходником;

= 0,05 0,2 принимаем среднее значение 0,12;

= = = 306 МПа;

= 1,7 ] = 1,3 1,5

Определение коэффициента долговечности ствола вертлюга. Средняя частота вращения вертлюга при расчётах обычно принимают за 100об/мин, а среднюю скорость бурения скважины - 5м/ч.При глубине 3000 м одну скважину бурят за время

T = = 360 ч

Следовательно, число циклов нагружений за время бурения одной типовой скважины роторным способом составляет

= 60 100 360 = 2.1 10⁷ оборотов.

Число типовых скважин, которое должно быть пробурено за расчётный срок его службы

Расчетная наработка ствола определяется по формуле

= = 10⁷ 1,74⁷

При менее глубоких скважинах показатель степени m можно взять 8 или 9 и, наоборот, при глубине 5000м и глубже m берут равным 6.

Получаем коэффициент долговечности

= = 4.5.

Чем глубже скважина, тем меньше коэффициент долговечности, при неглубоких скважинах он может быть свыше 10 и более.

Размещено на Allbest.ru