Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов лекции
Конспект лекций РиКМОНГП. Конспект лекций по дисциплине Расчет и конструирование машин и оборудования нефтяных и газовых промыслов Для специальности
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Южно-Российский государственный технический университет
(Новочеркасский политехнический институт)»
КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ
По дисциплине « Расчет и конструирование машин и оборудования нефтяных и газовых промыслов
Для специальности » Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов»
Факультет электромеханики, мехатроники и технологических машин
Кафедра «Нефтегазопромысловые и горные машины и оборудование»
Удовлетворение потребностей нашей страны в топливе, путем эффективной работы нефтегазовой промышленности во многом зависит от её оснащенности современными машинами и оборудованием.
В нашей стране задачи создания новой техники успешно решались научно-исследовательскими и проектно-конструкторскими институтами, машиностроительными заводами,крупными промыслами.
В настоящее время в нефтегазовой промышленности практически полностью осуществляется добыча нефти и газа на основе комплексной механизации с помощью современных технических средств и передовых технологий. Тем не менее перед учеными, конструкторами и машиностроителями в области создания новой техники стоят задачи разработки и постановки на производство высокопроизводительных, высокоэффективных, безопасных и надежных машин и оборудования, конкурентоспособных по отношению к зарубежным аналогам.
Для удовлетворения потребностей нефтяного и газового машиностроения в инженерных кадрах вузами страны осуществляется подготовка инженеров по специальности «Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов».
Данная дисциплина является одной из профилирующих дисциплин для студентов, обучающихся по указанной специальности. Целью изучения этой дисциплины является приобретение студентами знаний о порядке создания новой техники, номенклатуре и содержании конструкторской документации, методах выбора и обоснования основных конструктивных и режимных параметров, кинематических и прочностных расчетов. Кроме того, данная дисциплина формирует инженерное мышление и развивает интеллект будущих инженеров-механиков, конструкторов-машиностроителей.
Наряду с преподаванием конкретных вопросов студентам прививается общая методология проектирования. При этом вступают во взаимосвязь знания по фундаментальным и прикладным дисциплинам, что также формирует мировоззрение студента. Изучение данной дисциплины базируется на знаниях, полученных при изучении практически всех предшествующих дисциплин Сама дисциплина служит основой для дипломного проектирования.
Тема 2 Методология, структура и этапы проектирования бурового и нефтепромыслового оборудования
2.1. Нефтегазопромысловые машины как объекты проектирования
Сложность создания оборудования для бурения скважин и добычи нефти и газа состоит, главным образом, в необходимости учета широкого спектра факторов зачастую случайным образом влияющих на процесс функционирования машин. Нефтегазопромысловое оборудование работает в крайне тяжелых условиях, подвергаясь значительным знакопеременным и динамическим нагрузкам, интенсивному абразивному изнашиванию, коррозионно-механическому разрушению. Увеличение объемов добычи нефти и газа осуществляется за счет разработки новых месторождений, многие из которых расположены в отдаленных и труднодоступных районах, углубления скважин, применения вторичных методов добычи и др. Интенсификация процессов производства приводит к ужесточению условий эксплуатации оборудования и, как следствие, к частым отказам, увеличению количества ремонтов и замене разрушенных деталей. Многие виды оборудования работают под землей и их ремонт является очень трудоемкой и дорогостоящей операцией. В литературе приводится такой наглядный пример: на бурение одной скважины глубиной 3,0-3,5 тыс. м расходуется 100-150 буровых долот. В зависимости от свойств разбуриваемых пород этот показатель может быть ниже или выше. Следовательно, при бурении скважины буровики вынуждены выполнять 100-150 спуско-подъемных операций, продолжительность каждой из них 6-8 ч. Требуется 100-150 раз развинтить и навинтить «свечу» бурильных труб буровой колонны, на торце которой находится буровое долото. При этом многократно нужно размотать и смотать талевый стальной канат, на котором с помощью крюка опускается в скважину бурильная колонна труб. При спуско-подъемных операциях под высокой нагрузкой в присутствии абразива и влаги работают лебедка, втулочно-роликовые цепи, редуктор, талевая система, вследствие чего агрегаты буровой установки быстро изнашиваются и разрушаются. Ана-логичная ситуация создается при ремонте колонны насосно-компрессорных труб, насосных штанг и другого подземного оборудования. Газонефтепромысловое оборудование отличается большими габаритами, большой металлоемкостью, что требует для его изготовления значительного расхода металла
Ужесточение режимов эксплуатации газонефтепромыслового оборудования, обусловленное стремлением к наращиванию темпов производства конечного продукта, а следовательно, увеличением мощностей, нагрузок, скоростей, температур, а также коррозионной агрессивностью добываемой продукции и технологических сред, приводит к сокращению сроков службы оборудования, а иногда и к созданию аварийных ситуаций. К такому положению в значительной мере ведет совместное воздействие механического нагружения, контактного взаимодействия и влияние коррозионных сред, вызывающих коррозионно-механическое разрушение и коррозионно-механическое изнашивание.
Поэтому задача выбора параметров машины в целом является по постановке оптимизационной. Расчет параметров и выбор режима работы машины не может быть осуществлен путем однозначного решения. Необходимо рассматривать полную систему взаимосвязей и принимать алгоритм решения, обеспечивающий получение оптимальных показателей.
В связи с этим существенно возрастает значение повышения основных показателей качества машин и оборудования нефтяных и газовых промыслов на всех этапах их жизненного цикла (прежде всего на стадии проектирования) путем использования прогрессивных методов и принципов конструирования. К ним относятся современные методы обоснования рациональных структур и параметров машин на базе системного подхода и широкого использования систем автоматизированного проектирования (САПР), оптимизация типоразмерных рядов машин и оборудования, агрегатирование на основе унифицированных блочно-модульных и базовых конструкций, максимальная унификация узлов и деталей, увеличение в экономически оправданных пределах энерговооруженности машин, снижение их удельной массы и удельных энергозатрат и др.
Для создания новых машин высокого технического уровня и качества необходимо также применение прогрессивных конструкционных материалов, передовой технологии изготовления машин, принципов специализации и. кооперирования, развития и укрепления интеграции науки и производства.
Специфика производства предопределила создание собственной базы машиностроения для данной отрасли. Существуют специализированные заводы по производству оборудования для нефтегазовой отрасли. Многие заводы специализируются на выпуске отдельных групп продукции. В последнее время к выпуску нефтегазопромысловой техники приступили заводы оборонной промышленности.
Методические материалы
(по дисциплинам учебного плана осеннего и весеннего семестров 2017/2018 уч. года)
Расчет и конструирование машин и оборудования для добычи и подготовки нефти и газа
Сазонов Ю.А., д.т.н., профессор
Расчет и конструирование машин и оборудования для бурения
Сазонов Ю.А., д.т.н., профессор
Оборудование для бурения скважин на море (бакалавры)
Сазонов Ю.А., д.т.н., профессор
Оборудование для добычи нефти и газа на море (бакалавры)
Сазонов Ю.А., д.т.н., профессор
Правила рейтингового контроля
Машины для бурения скважин и добычи углеводородов на море (магистры)
Сазонов Ю.А., д.т.н., профессор
Правила рейтингового контроля
Правила рейтингового контроля
Процессы и агрегаты нефтегазовых технологий (введение в специальность)
Деговцов А.В., доцент
Газонефтепромысловые машины и оборудование
Деговцов А.В., доцент
Газонефтепромысловые машины и оборудование
Деговцов А.В., доцент
Диагностика технического состояния объектов нефтяных и газовых промыслов
Современная техника и технология капитального ремонта скважин
Правила рейтингового контроля
Основы автоматизированного проектирования
Оборудование для добычи нефти
Слышенков В.А., доцент
Правила рейтингового контроля
Машины и оборудование для добычи и подготовки нефти и газа
Ивановский В.Н., д.т.н., профессор
Надежность технологического оборудования нефтегазовых отраслей
Ходырев А.И., д.т.н., профессор
Правила рейтингового контроля
Основы компьютерного моделирования
Ходырев А.И., д.т.н., профессор
Правила рейтингового контроля
Учебные плакаты
Методические указания для выполнения курсовых и дипломных работ
Гидравлические машины
Буровое оборудование
Оборудование для добычи
Инклинометрия
Методические разработки для конструирования насосных и эжекторных установок
Расчет и конструирование струйных аппаратов
Автоматизация проектирования
Учебно-методическое пособие «Производственная практика студентов на опытном полигоне»
Учебно-методическое пособие «Оборудование для сбора и подготовки нефти и газа»
Домашнее задание по курсу «Нефтегазопромысловое оборудование»
ФОС Современные проблемы нефтегазовой науки, техники и технологии
Конструирование нестандартных гидравлических машин
Конструирование струйных аппаратов
Основы расчета и конструирования насосно-эжекторных установок
Компьютерное моделирование работы оборудования с применением пакета MathCAD
Методические указания по выполнению выпускной квалификационной работы
Проектирование и исследование ступеней динамических насосов
Расчет и конструирование объемного насоса
Лабораторные работы
Методические рекомендации Сазонов Ю.А.
119991, Москва, Ленинский пр-т., д.65
схема проезда 
Единый многоканальный номер:
Телефон приемной комиссии для поступающих:
По вопросам размещения информации на сайте:
Этот сайт использует файлы cookies и сервисы сбора технических данных посетителей (данные об IP-адресе, местоположении и др.) для обеспечения работоспособности и улучшения качества обслуживания. Продолжая использовать наш сайт, вы автоматически соглашаетесь с использованием данных технологий.
Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов
Понятия и положения теории вероятностей, применяемые для оценки надежности оборудования. Понятие случайной и стохастической величины. Дефекты металла и конструкций. Акустические методы и средства неразрушающего контроля. Показатели безотказности машины.
Подобные документы
Определение показателей технологичности конструкций изделий, их масса и металлоемкость. Расчет показателей надежности и определение основных зависимостей между ними. Расчет надежности техники, экономика конструирования. Особенности облегчения деталей.
учебное пособие, добавлен 30.06.2015
Цели и задачи теории надежности. Особенности эксплуатации нефтепромыслового оборудования. Случайные величины и способы их описания. Обработка статистической информации для оценки показателей надежности. Характеристики, оцениваемые при испытании машин.
лекция, добавлен 04.12.2013
Методы формирования оборудования для производства объемных изделий. Грануляторы, таблеточные машины, машины подогрева как оборудования для подготовки пресс-материалов. Назначение вальцов, каландров. Получение эластомеров, щелочной целлюлозы, полимеров.
курс лекций, добавлен 07.05.2012
Магнитные методы неразрушающего контроля и оценки фактического состояния металла нефтегазового оборудования и трубопроводных систем. Оценка напряженно-деформированного состояния поврежденного металла оборудования по характеру изменения магнитных свойств.
статья, добавлен 30.09.2012
Машины для обработки овощей, мяса и рыбы, приготовления теста и кремов. Контрольно-кассовые машины; варочное, жарочно-пекарное, водогрейное оборудование. Оборудование для раздачи пищи, мармиты. Торговое холодильное оборудование: холодильные камеры, шкафы.
курсовая работа, добавлен 18.05.2015
Нагрузки при бурении как первопричина возникновения дефектов основного металла бурового оборудования и инструмента. Основные конструктивные и эксплуатационные причины появления трещин и изломов на буровом оборудовании, методы контроля его износа.
статья, добавлен 30.04.2019
Характеристика понятия надежности. Рассмотрение особенностей долговечности и безотказности. Виды структурного резервирования. Методы устранения отказов и их последствий. Исследование основных характеристик надежности целлюлозно-бумажного оборудования.
учебное пособие, добавлен 11.01.2015
Оборудование литейного производства. Машины со штифтовым подъемом опоки. Изготовление форм в опоках на машинах. Оборудование сварочного производства. Оборудование для нанесения износостойких и жаропрочных покрытий. Токарные автоматы и полуавтоматы.
реферат, добавлен 20.02.2010
Основные отличия газовых и нефтяных скважин. Движение газа из пласта в поверхностные установки промысла. Наземное оборудование устья газовой скважины. Освоение, исследование, капитальный ремонт эксплуатация нефтяных пластов. Виды забоев газовых скважин.
лекция, добавлен 27.01.2016
Назначение, классификация и область применения бульдозера, устройство машины и ее рабочее оборудование. Прогнозирование направлений совершенствование горной машины (бульдозера ДЗ-110 А). Изучение ее существующей конструкции и имеющихся недостатков работы.
курсовая работа, добавлен 15.12.2018
Особенности эксплуатации машин и оборудования нефтяных и газовых промыслов
Особенности эксплуатации машин и оборудования нефтяных и газовых промыслов.
1. Назначение и условия эксплуатации бурового оборудования.
Буровые установки предназначены для сооружения скважин. Конструкция скважины во многом определяет типоразмер БУ. Буровая установка состоит из отдельных сооружений, агрегатов и механизмов. Процесс бурения представляет собой отдельные последовательные или повторяющиеся операции, которые выполняет буровая бригада с помощью механизмов. По функциональному назначению всё оборудование можно условно подразделить на две группы: подземное и наземное. Если подземное оборудование предназначено непосредственно для бурения скважины, то наземное приводит его в движение и обслуживает его работу.
Рекомендуемые файлы
Бурильная колонна, выполняет функцию непосредственного углубления скважины и расширения ствола, состоит из бурильных труб, забойного двигателя и породоразрушающего устройства, работает в наиболее тяжелых условиях. Вращающаяся бурильная колонна подвергается большим растягивающими или сжимающим нагрузкам, кручению и циклическому изгибу. Главное требование к ней – обеспечение несущей способности и надежности её элементов.
Обсадная колонна состоит из труб длиной 9-13 метров одинакового наружного диаметра с различными толщинами стенок. В процессе эксплуатации обсадные колонны подвержены наружному и внутреннему давлению, а так же осевому растяжению от собственного веса. Равнопрочность колонны по длине достигается путем подбора по расчету труб с различными толщинами стенок из сталей разных групп прочности.
Наземное оборудование монтируют двумя способами: блочно-агрегатным и крупноблочным и предназначено в основном для выполнения СПО, вращения колонны, обеспечения промывки скважины буровыми растворами. Наземное оборудование можно разделить на две подгруппы: основное и вспомогательное. К основному оборудованию относятся вышки, буровые насосы, роторы, вертлюги и оборудование подъемного комплекса. Вспомогательное оборудование дополняет основное и облегчает его работу. Эта группа состоит из компрессоров, циркуляционной системы, оборудования устья скважины и СПО, измерительных и пускорегулирующих устройств.
Вышка или мачта – основное несущее сооружение буровой установки. Предназначена для монтажа кронблока, подвести талевой системы, размещения средств механизации СПО. В процессе эксплуатации, вышки воспринимают все нагрузки от веса бурильных или обсадных колонн и пульсирующие ветровые нагрузки. Хотя вышки представляют собой стационарную конструкцию (отсутствуют движущиеся части), они подвержены износу в процессе эксплуатации. Специфичность износа заключается в том, что несущая способность конструкции со временем значительно снижается. Это связано с атмосферной коррозией стали под напряжением. Особенно опасна коррозия в сочленениях и местах сварки. Поэтому повышение надежности и долговечности вышек необходимо связывать с защитой их от коррозии.
Подъемный комплекс БУ обеспечивает выполнение наиболее трудоемких в бурении спуско-подъемных операций, производит подачу долота по мере углубления ствола, он необходим для ликвидации осложнений и аварийных ситуаций в скважине. Подъемный комплекс состоит из трех основных узлов: талевой системы, буровой лебедки и силового привода. К агрегатам подъемного комплекса предъявляются повышенные требования с точки зрения надежности. Большинство ответственных деталей при работе подвержены действию переменных нагрузок и могут разрушатся от усталости металла. Поломки ответственных деталей приводят к авариям. В этой связи к оборудованию при проектировании и изготовлении Госгортехнадзором предъявляются повышенные требования.
Буровые лебедки – один из основных узлов подъемного комплекса. Назначение буровой лебедки – создание тягового или тормозного усилия в ведущей ветви талевого каната. Лебедки передает вращение ротору, создают усилие на машинных ключах, подтаскивают и поднимают грузы.
Талевые системы служат для уменьшения натяжения ведущей ветви каната, навитого на барабан лебедки. Представляет собой полиспаст и состоит из неподвижного и подвижного блоков соединенных талевым канатом.
Талевые канаты – самый ответственный элемент подъемного комплекса. Канат подвергается растяжению и переменного изгибу. На выносливость талевых канатов значительно влияет качество смазки.
В процессе эксплуатации талевая система воспринимает переменные нагрузки, в следствии чего в ответственных деталях могут возникать усталостные трещины. Для предупреждения усталостного разрушения деталей системы необходимо периодически проводить дефектоскопию.
Привод обеспечивает работу всех узлов и агрегатов БУ. По виду первичного источника энергии приводы бывают дизельными, газотурбинными и электрическими. Различают два вида привода – основной и вспомогательный. Привод лебедки, насосов, ротора – основной (силовой). Привод компрессоров, глиномешалки, вибросита и т.д. – вспомогательный. Применение и использование разных типов привода мотивируется конкретными условиями работы установки и конструкторскими решениями при её проектировании.
Вертлюг выполняет роль соединительного звена между талевой системой и бурильной колонной, воспринимает две нагрузки: от веса бурильной колонны и от внутреннего давления бурового раствора. Надежность вертлюга зависит главным образом от работоспособности подшипникового и сальникового узлов.
Ротор приводит во вращение колонну бурильных труб путем передачи крутящего момента ведущей трубе или путем восприятия активного момента забойного двигателя; предназначен для удержания на столе бурильной или обсадной колонн; используется при ловильных работах. Ресурс работы ротора зависит от работоспособности главной опоры, воспринимающей реакцию от нагрузок в зубчатом соединении и осевую нагрузку от трения ведущей трубы с зажимом стола.
Буровые насосы являются преобразователями топливной или электрической энергии двигателей привода в гидравлическую энергию потока бурового раствора. Насосы эксплуатируются в очень тяжелых и неблагоприятных условиях, что определяется в основном физическими и химическими свойствами буровых растворов. Детали и узлы насосов подвержены интенсивному абразивному износу. На работоспособность деталей насосов влияет коррозионная активность буровых растворов. В работе буровых насосов нередки кратковременные перегрузки от резкого повышения давления при осложнениях в стволе скважины. Тяжелые условия эксплуатации не позволяют в настоящее время обеспечить достаточную надежность насосов. Этим вызвана необходимость устанавливать в насосной группе БУ дополнительный резервный насос.
Оборудование пневмосистемы предназначено для дистанционного оперативного управления исполнительными механизмами БУ. Источник энергии для привода оборудования пневмосистемы – сжатый воздух, получаемый с помощью компрессоров. Для накопления запаса сжатого воздуха служат воздухосборники. Надежность работы пневмосистемы зависит от качества осушки воздуха.
Оборудование циркуляционной системы предназначено для приготовления, транспортировки и очистки раствора. Состоит из вибросит, глиномешалок, гидромешалок, дегазаторов, гидроциклонов, пластоотделителей, насосов, перемешивателей, емкостей, желобных систем и т.д. все виды оборудования подвержены в процессе эксплуатации абразивному и коррозионному износу.
Оборудование устья скважины кроме непосредственной герметизации должно позволять управление скважиной путем создания противодавления на продуктивные пласты.
В целом условия эксплуатации БУ характеризуются постоянным воздействием на узлы и детали статических и циклических нагрузок. Допускаются кратковременные статические перегрузки, но при этом необходимо, чтобы результирующие напряжения в деталях не превышали предел текучести материала. Циклические перегрузки иногда оказываются длительными, что вызывает усталостное разрушение конструкций. В узлах и деталях одновременно возникают нормальные и касательные напряжения как статические, так и переменные. Нарушение характеризуется асимметричным циклом или сложным напряженным состоянием. При этом многие детали работают в непосредственном контакте с поверхностно-активными коррозионными средами, которые значительно ускоряют их разрушение при одновременном воздействии переменных нагрузок. Абсолютные потери металла вследствие коррозионного растворения не играют существенной роли. Ресурс оборудования часто определяют местные коррозионные повреждения, которые локализуются в наиболее напряженных зонах и вызывают зарождение усталостных трещин.
2. Влияние климатических условий на режим эксплуатации оборудования.
Оборудование и изделия должны сохранять свои параметры в заданных пределах и сроках в условиях определенного климатического района и способа их размещения. Исполнение изделия должно соответствовать определенному макроклиматическому району. Климатические районы делятся в зависимости от средних ежегодных абсолютных температурных max и min воздуха, относительной влажности и от места расположения района.
Исполнение изделия обусловлено следующими основными климатическими районами:
1) С умеренным климатом “+”40 0 С ¸ “-”45 0 С. Обозначение в шифре “У”.
2) С холодным климатом “-”45 0 С. Обозначение в шифре “ХЛ”.
3) С влажным тропическим t³20 0 С, относительная влажность 80%. Обозначение в шифре “ТВ”.
4) С сухим тропическим климатом – “ТС”.
5) С тропическим – “Т”.
6) Для всех указанных выше тропических районов на суше. Обозначение “О”.
7) С умеренным морским холодным климатом –“М”.
10) Изделия для работы на судах с неограниченным районом плавания – “ОМ”.
В зависимости от места размещения оборудования при эксплуатации, его изготавливают по следующим категориям:
1) Для работы на открытом воздухе – 1.
2) Для работы в помещениях при отсутствии прямой солнечной радиации осадков – 2.
3) Для работы в закрытых помещениях с естественной вентиляцией – 3.
4) При условиях с искусственно регулируемыми климатическими условиями – 4.
5) Для работы в помещениях с повышенной влажностью, шахтах, сквозняках – 5.
При разработке оборудования для определения исходных параметров необходимы сбор статистических данных по эксплуатации аналогов и обследование условий, в которых предлагается использование нового изделия.
Эксплуатация машин в условиях Крайнего Севера ставит их в положение активного и весьма неблагоприятного воздействия климатических факторов, к главнейшим из которых относятся низкие температуры, суточные и годовые перепады этих температур, скорость ветра, влажность и другие. Вследствие неприспособленности стандартной техники к условиям работы при низких температурах, затраты на их эксплуатацию в районах Крайнего Севера в 2-6 раз больше, чем в средней полосе. Климат на территории СНГ от субтропического до арктического. Площадь территории СНГ, где преимущественно температура зимой ниже “-” 20 0 С с учетом скорости ветра составляет 60%.
Как показывает практика частота отказов машин зависит от амплитуды колебания воздуха. Чем больше амплитуда, тем чаще отказы. Повышенная влажность в сочетании с отрицательными температурами неблагоприятно влияет на надежность работы механизмов. Отказы машин и оборудования, в основе проявления которых лежит воздействие низких температур на материалы деталей машин, называют низкотемпературными отказами. Низкие температуры оказывают значительное влияние на все элементы надежности машин: безотказность, работоспособность, долговечность, ремонтопригодность.
1) Снижают ударную вязкость металла.
2) Способствуют отвердению и охрупчиванию полимерных материалов.
3) Снижают смазочные свойства масел и консистентных смазок.
4) Способствуют замерзанию конденсата.
5) Способствуют застыванию дизельного топлива.
6) Затрудняют пуск ДВС.
7) Способствуют попаданию снега в механизмы и обледенению.
Определение основных причин, вызывающих снижение работоспособности машин при низких температурах, позволяет наметить эффективные методы повышения хладостойкости. К ним относятся:
Под эксплуатационными понимаются такие методы, которые не требуют каких либо изменений в конструкции и осуществляются при эксплуатации машины. К ним относятся:
1) Применение легковоспламеняющихся пусковых жидкостей, северных сортов бензина и дизельного топлива.
2) Применение маловязких низкотемпературных сортов масел и технических жидкостей.
3) Применение низкотемпературных охлаждающих жидкостей.
4) Регулярный слив конденсата трубопроводов пневмосистем.
5) Очистка открытых узлов и механизмов от снега и льда.
6) Строгое выполнение технических условий и ППР.
Налбандов В.Л. “Работоспособность оборудования в условиях Крайнего Севера”.
Чичеров Л.Г., Молчанов Г.В. “Расчет и конструирование нефтепромыслового оборудования”.
Северинчик Н.А. “Машины и оборудование для бурения скважин”.