Введение 4
1. Литературный обзор 6
1.1. Технический уровень современных буровых установок, выпускаемых в Российской Федерации 6
1.2. Состояние проблемы оценки качества буровых установок 11
1.3. Анализ методов определения долговечности (ресурса) несущих
элементов механических систем 21
1.4. Показатели транспортабельности и монтажеспособности буровых
установок 33
1.5. Формулирование целей и постановка задач исследования 37
2. Методика расчета энергетических затрат и затрат машинного
времени при спуско-подъемных операциях за цикл бурения скважины 40
2.1. Тахограмма скорости подъема талевого блока на высоту одной свечи 41
2.2. Разгон колонны бурильных труб 42
2.3. Замедление талевого блока 48
2.4. Установившееся движение талевого блока 49
2.5. Учет характеристик силового привода при расчете энергозатрат и
затрат машинного времени при СПО 51
2.5.1. Силовой привод лебедки буровой установки БУ 2500-ДГУ 52
2.5.2. Оценка затрат машинного времени и энергозатрат при подъеме бурильной колонны за цикл проводки скважины буровой установкой БУ 2500-ДГУ 56
2.5.3. Учет влияния характеристики оперативной пневматической муфты на затраты машинного времени при СПО 58
2.5.4. Силовой привод лебедки буровой установки БУ 2500-ЭУ 63
* 2.5.5. Силовой привод лебедки буровой установки БУ 2500-ЭП 68
2.6. Анализ затрат машинного времени и энергозатрат при подъеме бурильной колонны в процессе проводки скважины буровыми установками с различными типами привода подъемного комплекса 73
2.6.1. Анализ затрат машинного времени 73
2.6.2. Влияние максимальной скорости подъема незагруженного талевого блока при СПО на затраты машинного времени 78
2.6.3. Оптимизация режимов работы КПП при СПО в приводе БУ 2500-ДГУ 80
2.6.4. Влияние режима работы подъемного вала лебедки в период замедления при подъеме на затраты машинного времени 80
2.6.5. Влияние типа привода буровой установки на энергетические затраты при СПО 81
2.7. Результаты исследований и выводы по главе 87
3. Определение долговечности (ресурса) планетарной коробки перемены передач 89
3.1. Оценка долговечности (ресурса) зубчатой передачи 89
3.2. Расчет долговечности (ресурса) зубчатой передачи привода лебедки буровой установки БУ 2500-ЭПБМ1 на контактную выносливость 92
3.3 Расчет долговечности (ресурса) зубчатой передачи привода лебедки буровой установки БУ 2500-ЭПБМ1 на изгиб 97
3.4. Влияние аварийных подъемов на ресурс зубчатой передачи 99
3.5. Результаты исследований и выводы по главе 100
4. Результаты проведенных исследований и основные выводы... 101
Список литературы 103
Приложения
Ускорение научно-технического прогресса в отрасли нефтяного машиностроения во многом определяется темпом роста технического уровня и качества оборудования, находящегося в центре внимания как специалистов, проектирующих и изготавливающих буровую технику, так и специалистов - эксплуатационников.
В этой связи одной из наиболее важных проблем, направленных на достижение оптимального уровня качества бурового оборудования, является квалифицированная оценка уровня качества существующей и вновь проектируемой техники. Оценка уровня качества продукции определяется как совокупность операций, включающая выбор номенклатуры показателей качества, определение их численных значений, а также значений базовых и относительных показателей с целью обоснования наилучших решений, реализуемых при управлении качеством.
Существующие методики оценки качества буровых установок базируются на экспертные методы и не включают в себя определение эффективности спуско-подъемного комплекса (СПК) буровых установок (энергозатрат и за¬трат машинного времени при СПО) и ресурса несущих элементов бурового оборудования. Отсутствуют также методы оценки многих эргономических факторов в процессе эксплуатации буровой установки и влияния на них раз¬личных средств механизации. Таким образом, целью данного исследования является восполнение имеющегося пробела в этом вопросе.
Одним из путей интенсификации бурения скважин является создание СПК буровых установок с более оптимальными параметрами. Следует отметить, что целесообразность разработки методики расчета производительности СПК, учитывающей реальную характеристику привода, диктуется необходимостью оптимизации параметров кинематической схемы на стадии проектирования буровой установки, а также оптимизацией режимов работы двигателей (силовых агрегатов) при выполнении спуско-подъемных операции. Поэтому
разработка методики расчета производительности СПК имеет важное практическое значение.
Известно, что буровое оборудование в процессе бурения скважины подвержено воздействию нестационарного режима нагружения. Существующие методы расчета несущих элементов на выносливость при проектировании буровых установок базируются на коэффициенты эквивалентности режима нагружения, которые не однозначны для элементов системы и зависят от расположения рассматриваемого элемента в кинематической схеме СПК. Нестационарность режима нагружения усложняет процедуру оценки технического ресурса на стадии проектирования, делает невозможным осуществить экспертами сравнительную оценку технического ресурса вновь проектируемых моделей БУ, количества капитальных ремонтов сборочных единиц их комплектующих и потребность в запасных частях за срок службы буровой установки. Поэтому разработка расчетных методов оценки технического ресурса бурового оборудования является не¬обходимой процедурой при оценке его качества.
Настоящая диссертация посвящена разработке математических моделей функционирования и разработке компьютерных программ расчета ресурса не¬сущих элементов и производительности СПК буровой установки, позволяющих решить вышепоставленные задачи, т.е. оценить производительность подъемного комплекса буровой установки и оптимизировать конструкцию СПК, оценить планетарную КПП привода лебедки буровой установки по критерию долговечности.
1. Аваков В.А. Расчеты бурового оборудования. — М.: Недра, 1973.
2. Аваков В.А. и др. Анализ конструкции буровых лебедок, типов пневматических муфт и вертлюгов. — НТС “Машины и нефтяное оборудование”. - М.: ВНИИОЭНГ. 1971.
3. Аваков В.А. и др. Состояние развития буровых лебедок за рубежом. -М.: ВНИИОЭНГ, 1976.
4. Авиационные зубчатые передачи и редукторы / Под ред. Э.Б. Булгакова. М.: Машиностроение, 1981. — 374 с.
5. Агирре Кордова К.Е. Методика сравнительной оценки конструкции дизельных силовых приводов буровых установок по критерию надежности. Дисс. к.т.н. — М.: МИНГ, 1989.
6. Азгальдов Г.Г., Райхман Э.П. О квалиметрии. - М.: Изд. стандартов, 197? -17? с
7. Азгальдов Г.Г. Теория и практика оценки качества товаров (основы квалиметрии). — М.: Экономика, 1982.-256 с.
8. Алексеевский Г.В. Буровые установки Уралмашзавода. - М.: Недра, 1QR1 -S7R о.
9. Антонов А.А. Пневматические фрикционные муфты в нефтяной промышленности. — М.: Недра, 1973.
10. Архангельский В.Л. Влияние характеристики ШИМ на включение подъемного вала буровой. НТС “Машины и нефтяное оборудование”, № 8, 1Q61
11. Архангельский В.Л. Научные основы расчета и проектирования подъемного механизма буровых установок. Диссерт. д.т.н. — М.: МИНГ им. И.М. Губкина, 1987.-265 с.
12. Бабаев С.Г. Надежность нефтепромыслового оборудования. М.: Недра, 1987.264 с.
13. Бабарыкин В.В. Разработка методики оценки производительности спуско-подъемного комплекса буровой установки. Дисс. к.т.н. М.: 1989.
14. Ваграмов Р.А. Буровые машины и комплексы. М.: Недра, 1988.
15. Ваграмов Р.А. Основные требования предъявляемые к буровым установкам и методика оценки их качества. - М.. 1997.
16. Батечко И.В., Кныш В.А. Методы оценки технического уровня и качества продукции. - М.: Минск, Бе л I МИТИ, 1988.
17. Бержец Г.Н. Основы классификации и расчета параметров буровых установок. М.: Недра, 1968.
18. Болотин В.В. Прогнозирование ресурса машин и конструкций. М.: Машиностроение, 1984.
19. Брагин В.В., Решетов Д.Н. Проектирование высоконапряженных цилиндрических зубчатых передач. — М.: Машиностроение, 1991.
20. Брахман Т.И. Многокритериальность и выбор альтернатив в технике. — М.: Радио и связь. 1984.
21. Булатов А.И., Аветисов А.Г. Справочник инженера по бурению: В 4 Ч* кн. — М.: Недра, 1993-1996.
22. Бухаленко Е.И., Абдуллаев Ю.Г. Монтаж, обслуживание и ремонт нефтепромыслового оборудования. - М.: Недра, 1985.
23. Вершинский А.В. Технологичность и несущая способность крановых металлоконструкций. — М.: Машиностроение, 1984.
24. Виряскин С.Е. Методология сравнительной оценки проектных решений по критерию конструктивной надежности (применительно к подъемному агрегату буровых установок): Дисс. к.т.н. — М., 1988.
25. Временная методика оценки технического уровня и качества оборудования для бурения эксплуатационных и глубоких разведочных скважин. Свердловск.: 11ИИКЛ БО Уралмашзавода, 1985.
26. Гакман Б.Н. Исследование напряженного состояния несущих элементов бурового наземного и подводного устьевого оборудования и разработки универсальных методов их расчета. Дисс. к.т.н. — М., 1991.
27. Ганджумян Р.А., Калинин А.Г., Никитин Б.А. Инженерные расчеты при бурении глубоких скважин: Спр. пособие / Под ред. А.Г. Калинина. — М.: Недра, 2000.-489 с.
28. Гигиенические критерии оценки и классификации условий труда по показателям вредности и опасности факторов производственной среды, тяжести и напряженности трудового процесса: Руководство Р2.2.755-99. — М.: Федеральный центр госсанэпиднадзора Минздрава России, 1999. — 192 с.
29. Гличев А.В. и др. Прикладные вопросы квалиметрии. — М.: Изд. стандартов, 1983.
30. ГОСТ 4543-71 Прокат из легированной конструкционной стали. Технические условия. — М.: Изд. стандартов, 1971.
31. ГОСТ 15467-79 Управление качеством продукции. Основные тер-мины и определения. - М.: Изд. стандартов, 1979.
32. ГОСТ 1643-81 Передачи зубчатые цилиндрические. Основные нормы взаимозаменяемости. Допуски. — М.: Изд. стандартов, 1981.
33. ГОСТ 25546-82 Краны грузоподъемные. Режимы работы. М.: Изд. стандартов, 1994.
34. ГОСТ 4.22-85 Краны грузоподъемные. Номенклатура показателей. М.: Изд. стандартов, 1992.
35. ГОСТ 21354-87 Передачи зубчатые цилиндрические эвольвентные внешнего зацепления. М.: Изд. стандартов, 1988.
36. ГОСТ 16293-89 Установки буровые и комплектные для эксплуатационного и глубокого разведочного бурения. Основные параметры. М.: Изд. стандартов, 1990.
37. Демиденко Е.З. Линейная и нелинейная регрессия. — М.: Финансы и статистика, 1981.-302 с.
38. Дрейпер Н., Смит Г. Прикладной регрессионный анализ. М.: 1983.
39. Ефимченко С.И., Бабарыкин В.В. Расчеты бурового оборудования с применением ЭВМ. - М.: МИНГ, 1989.
40. Ефимченко С.И., Жабагиев А.М. Вопросы оценки качества буровых установок. И Тезисы докладов 3-ей Всероссийской конференций молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России “Новые технологии в газовой промышленности”: М.: РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 1999.
41. Ефимченко С.И., Жабагиев A.M., Мохамед Найм M.A. К сравни-тельной оценке ресурса несущих элементов буровой установки. // Тезисы докладов 4-й научно-технической конференции, посвященной 300-летию Инженерного образования в России. — М.: РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2001.
42. Ефимченко С.И. Расчеты ресурса несущих элементов буровых установок. М.: РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2001. — 170 с.
43. Ефимченко С.И., Жабагиев А.М., Мухамед-Найм A.M. Методика сравнительной оценки ресурса несущих элементов буровой установки. М.: НТЖ “Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море”, № 3, 7001
44. Ефимченко С.И., Жабагиев А.М. Влияние характеристики оперативной пневматической муфты на подъемном валу лебедки буровой установки на затраты машинного времени СПО. // Вестник Кызылординского государственного университета им. Корткыт-Ата, № 11,2001.
45. Ефимченко С.И., Жабагиев А.М. Программа расчета энергозатрат и затрат машинного времени при спуско-подъемных операциях за цикл провод-ки скважины, на примере спуско-подъемного комплекса (СПК) буровой установки БУ 2500-ДГУ. - М.: ВНТИЦ, per. № 50200200140, 2002.
46. Ефимченко С.И., Жабагиев А.М. Программа расчета энергозатрат и затрат машинного времени при спуско-подъемных операциях за цикл проводки скважины, на примере спуско-подъемного комплекса (СПК) буровой установки БУ 2500-ЭУ. - М.: ВНГИЦ, per. № 50200200141,2002.
47. Ефимченко С.И., Жабагиев А.М. Программа расчета энергозатрат и затрат машинного времени при спуско-подъемных операциях за цикл проводки скважины, на примере спуско-подъемного комплекса (СПК) буровой установки БУ 2500-ЭП - М.: ВНТИЦ, per. № 50200200142,2002.
48. Жабагиев А.М. Факторы, обусловливающие долговечность бурового оборудования. // Вестник Кызылординского государственного университета им. Корткыт-Ата, № 10, 2001.
49. Закс Л. Статистическое оценивание. — М.: Статистика, 1976.-598 с.
50. Ильский А.Л., Миронов Ю.В., Чернобыльский А.Г. Расчет и конст-руирование бурового оборудования. — М.: Недра, 1985.-456 с.
51. Исследование и расчет бурового оборудования: Сб. научных трудов. Под ред. Н.П. Уманчика, В.Н. Мартынова - М., 1989.-131 с.
52. Использование системы КОРТЕР лля опенки технического и технико-экономического уровня изделия. И УТРИН, ЧСФР - М.: Информэлектро, 1QR7
53. Иткис М.Я. Расчет и конструирование бурового оборудования с применением ЭЦВМ. - М.: Машиностроение, 1970.
54. Ишемгужин Е.И. Регрессионный анализ и планирование эксперимента при оценке надежности буровых и нефтепромысловых машин. — М.: Уфа, 1984.
55. Казак С.А. Безотказность и усталостная долговечность ПТМ. — Свердловск, 1989.
56. Калинин А.Г., Левицкий А.З., Никитин Б.А. Технология бурения разведочных скважин на нефть и газ. - М.: Недра, 1998.
57. Камалов ИХ. Методология расчета долговечности несущих элементов СПК буровых установок. Диссер. к.т.н. 1991.
58. Кардыш В.Г., Окмянский А.С. Методы оценки технического уровня буровых станков и их энергетические характеристики. Обзор. - М.: ВИЭМС, 1977
59. Каталог нефтяного оборудования, средств автоматизации, приборов и спецматериалов. В 2-х т. — М.: ВНИИОЭНГ, 1993.
60. Кендэлл М. Ранговые корреляции. - М.: Статистика, 1975.-216с .
61. Кини Р.Л., Райфа X Принятие решений при многих критериях предпочтитения и замещения. — М.: Радио и связь. 1981.-560 с.
р)
62. Когаев В.П., Махутов Н.А., Гусеньков А.П. Расчеты машин и конструкций на прочность и долговечность: Справочник - М.: Машиностроение, 1985 — 774 с
63. Колчерин В.Г., Колесников И.В., Копылов В.С., Баренбойм Ю.Л. Новое поколение буровых установок Волгоградского завода в Западной Сибири. — Сургут.: ГУП ХМАО “Сургутская типография”, 2000.-320 с.
64. Копина A.B. Сравнительная оценка проектных решении и оптимизация параметров несущих элементов сооружения по критерию конструктивной надежности (на примере буровой вышки). Дисс. к.т.н. - М.: МИНГ, 1990
65. Красовский Г.И., Филаретова Г.Ф. Планирование эксперимента. — Минск. 1982.-302 с.
66. Крохмаль Н.И. Рациональная компоновка оборудования буровых установок на основе количественной оценки ее качества. Дисс. к.т.н. - М.: 1991
67. Кудрявцев В.Н. и др. Планетарные передачи. Справочник. Л.: Машиностроение, 1977.
68. Кудрявцев В.Н. и др. Расчет и проектирование зубчатых редукторов. СПб.: Политехника, 1993. — 448 с.
69. Лукинский В.С., Котиков Ю.Г., Зайцев Е.М. Долговечность шасси автомобиля. Л.: Машиностроение, 1984.
70. Машиностроение / Энциклопедия, т. IV-3. Надежность машин. М.: 1995
71. Меньшов Б.Г., Ершов М.С., Призов А.Д. Электротехнические установки и комплексы в нефтегазовой промышленности. — М.: Недра, 2000.
72. Методы и средства повышения эффективности работы автомобильного транспорта в условиях нефтегазодобывающих районов / Под ред. Г.Ф. Фастовцева. М.: ВНИИОЭНГ. 1992
73. Методы оценки качества и надежности бурового оборудования и инструмента. / Под ред. М.Н. Рябинова. - Л. ВИТР, 1980.
74. Методы оценки технического уровня и качества промышленной продукции: Аналитическая справка. / Сост. Т.А. Кузьмина. — М.: 1990.
75. Монтгомери Д.К. Планирование эксперимента и анализ данных. — Л.: Судостроение, 1980.-384 с.
76. Моцохейн Б.И. Электропривод, электрооборудование и электро-снабжение буровых установок. — М., 1999.
77. Мухамед Найм М.А. Резервы повышения эффективности подъемного комплекса буровых установок. Дисс. к.т.н. — М., 2000.
78. Необходимый учет монтажепригодности оборудования в рамках обшей оценки надежности / Мамедов Н.Р., Бабаев С.Г.. // Надежность и контроль качества, 1997.-№9, с. 25-32.
79. Новые буровые установки: конструкции, схемы, параметры, комплектность / Сост. Архангельский В.Д. и др. — М.: ВНИИБТ, 1989.-109 с.
80. Новые буровые установки.: Спр. пособие / Сост. В.Л. Архангельский. Ю.С. Аважанский, И.Б. Малкин. — М.: ВНИИБТ, 1991.-163 с.
81. Отчет по теме 13-85 “Исследование и оптимизация параметров и технико-экономических показателей бурового и нефтепромыслового оборудования”. В 2-х т.- М.: МИНГ, 1985.
82. Отчет ОНИР по теме 18-0251-81-22 “Исследование надежности и долговечности бурового оборудования. Выдача рекомендации”. — М.: ВНИИ- нефтемаш, 1981.-206 с.
83. Передачи зубчатые планетарные с цилиндрическими колесами: Расчет на прочность передач основных типов. Метод, рек. МР 104-84,1984.
84. Передачи зубчатые планетарные с цилиндрическими колесами: Схемы алгоритмов для расчета на ЭВМ несущей способности передач основных типов. Метод, рек. МР 233-87, 1987.
85. Перель Л.Л. Подшипники качения. Расчет, проектирования и обслуживание опор. Справочник. — М.: машиностроение, 1983.-543 с.
109
86. Подшипники качения. Справочник — каталог /Под ред. В.Н. Нарышкина, и Р.В. Коросташевского. — М.: Машиностроение, 1984.-280 с.
87. Положение о техническом обслуживании и ремонте подвижного состава технологического автомобильного транспорта. М.: ВНИИОЭНГ, 1988.
88. Поляков В.П. и др. Буровые установки завода “Баррикады”. — М.: Недра, 1973.-288 с.
89. Поляков Г.Д. Проектирование, расчет и эксплуатация буровых устянлнлк 1081
90. Проверочный расчет на прочность зубчатых цилиндрических передач на ЭВМ. / Замковец В.Ф., Семеновых А.В. и др. ГАНГ, 1996.
91. Проектирование и испытание буровых установок “Уралмашзавода”. Сборник научных трудов. Свердловск, 1990.
92. Пындак В.И. Повышение технического уровня и снижение материалоемкости буровых установок. — М.: ЦИНТИХИМНефтемаш, 1986.
93. Райхман Э.П., Азгальдов Г.Г. Экспертные методы в оценке качества товаров. -М.: Экономика, 1974.-151 с.
94. РД 26-16-45-97 Монтажепригодность нефтепромыслового оборудования. Термины, определения, номенклатура показателей и методы их оценки. Баку, Изд. АзГНА, 1997. - 32 с.
95. РД 39-3-750-82 Методические указания по проведению анализа и оценки технического уровня, технических средств и технологических процессов строительства нефтяных и газовых скважин. — М.: ВНИИБТ, 1983.-88 с.
96. РД 50-149-79 Методические указания по оценке технического уровня и качества промышленной продукции. - М.: Изд. стандартов, 1979.
97. Решетов Р.М.. Иванов А.С.. Фадеев В.З. Надежность машин. — М.: Высшая школа. 1988.
98. Рощупкина В.В. Исследование динамики талевой системы буровой установки. Дисс. к.т.н. М.: 1973.
99. Саакян Д.Н. Система показателей комплексной оценки мобильных машин. -М.: Агропромиздат, 1988.-415 с.
100. Северинчик Н.А. Машины и оборудование для бурения скважин. М.: Недра, 1986.
101. Сервисен С.В. и др. Несущая способность и расчет деталей машин. М.: Машиностроение, 1975.
102. Скотников В.А. и др. Основы теории и расчета трактора и автомобиля. М.: Агропромиздат, 1986.
103. Скрыпник С.Г. Индустриальный метод сооружения буровых. — М.: Недра, 1972. 272 с.
104. Скрыпник С.Г. Новейшие методы монтажа буровых установок с учетом климатических условий. - М.: ВНИИОЭНГ, 1983.
105. Соколов С. А. Методологические основы прогнозирования долговечности металлических конструкции грузоподъемных машин. Дис.
л.т.н. СПб. 1995.
106. Солод Г.И. Основы квалиметрии. — М.: МТИ, 1991.
107. Сорокин Г.М. Трибология сталей и сплавов. — М.: Недра, 2000.
108. Справочник монтажника буровых установок. / Гноевых А.Н.,
Лобкин А.Н., Абубакиров В.Ф., Скрыпник С.Г. и др. -М.: Недра, 1997.-491 с.
109. Стали и сплавы. Марочник: Спр. изд. / В.Г. Сорокин и др. — М.: Интермет инжиниринг, 2001. — 608 с.
110. Стали для нефтегазового оборудования.// Под ред. В.Я. Кершенбаума, В.В. Ремизова. - М.: 1998.
111. Ферстер Э., Ренц Б. Методы корреляционного и регрессионного анализа. - М.: Финансы и статистика, 1983.-302 с.
112. Фишберн П. Теория полезности для принятия решений. — М.: Нау-ка, 1978.-353 с.
113. Фомочкин А.В. Комплексная оценка условий труда на производственных объектах нефтегазовой промышленности. М.: РТУ нефти и газа, ?ппп
114. Фомочкин А.В. Оценка безопасности производственного оборудования. М.: РГУ нефти и газа, 2000.
115. Хачатурян С.А., Босняцкий Г.П. Динамика бурильных установок. М.: Машиностроение, 1992.
116. Химмельблау Д. Анализ процессов статистическими методами. — М.: Мир, 1973.-957 с.
117. Черноскутов А.И. Методы сравнительной оценки конкурирующих изделий. Обзорная информация / ЛатНИИНТИ — Рига, 1987.
118. Шандыбина И.М. Исследование нагруженности элементов спуско-подъемного комплекса буровой установки и разработка методики автоматизированного проектирования валов его трансмиссии. Дисс. к.т.н., М.: ГАНГ, 1995
119. Юртаев В.Г. Динамика буровых установок. — М.: Недра, 1987.
120. Юртаев В.Г. Динамика агрегатов буровых установок и повышение их технического ресурса и эффективности эксплуатации. Докторская диссертация. М.: 1993.