MINISTERUL EDUCAŢIEI ŞI CERCETĂRII UNIVERSITATEA PETROL-GAZE DIN PLOIEŞTI DEPARTAMENTUL DE ÎNVĂŢĂMÂNT LA DISTANŢĂ ŞI CU FRECVENŢĂ REDUSĂ
PETRE SĂVULESCU
UTILAJ
PETROLIER
EDITURA UNIVERSITĂŢII PETROL-GAZE DIN PLOIEŞTI 2015
INTRODUCERE
Structurată şi elaborată la nivelul cerinţelor implicate de perceptele moderne ale prelegerilor universitare, respectiv aşa-numitele „cursuri universitare”, lucrarea prezintă în sinteză a s pectele constructive şi funcţionale ale principalelor tipuri de utilaje petroliere. Pentru formarea gândirii tehnice a viitorului specialist, în cadrul fiecărei „Unităţi de învăţare” (UI) se prezintă bazele teoretice necesare proiectării şi exploatării utilajelor în vederea realizării unor performanţe din punct de vedere tehnico - economic şi care să funcţioneze în condiţii de deplină securitate tehnică. Pentru a facilita valorificarea numeroaselor informaţii din domeniu, fiecare „Unitate d e învăţare” se încheie cu testul de autoevaluare, lucrarea de verif icare icare şi bibliografia pe care st udentul trebuie să o parcurgă pentru studiul unităţii de învăţare. Lucrarea cuprinde scheme d e calcul, grafice, g rafice, diagrame, d iagrame, toate utilizabile în lucrările de exploatare şi supraveghere tehnică, specifice activităţilor de forare a sondelor şi extracţie a petrol ului şi gazelor. Conţinutul lucrării corespunde programei analitice a curs ului „Utilaj petrolier” şi este corelat cu conţinutul celor lalte lalte discipline cu caracter de forare şi exploatare a sondelor de p etrol şi gaze din planul de învăţământ al Facultăţii de Ingineria Petrolului şi Gazelor. Lucrarea se adresează, cu predilecţie, studenţilor de la F acultatea de Ingineria Petrolului şi G azelor, specia lizarea Inginerie de Petrol şi Gaze, cursuri de zi şi la distanţă, oferind nu doar i n formaţii, dar asigurând efectiv realizarea procesului de învăţare şi predare. u Lucrarea prezintă elementele esenţiale ale subiectelor tratate, incl u zând nucleul de cunoştinţe şi deprinderi necesare studenţilor, pentru a atinge nivelul de competenţe dorit care îi motivează pentru continuarea studiului. Evaluarea cunoştinţelor acumulate de studenţi se face în cadrul activităţilor aplicative din timpul anului (pondere de 25%) şi în final prin examen (pondere 75%).
Autorul, ianua rie 2015
INTRODUCERE
Structurată şi elaborată la nivelul cerinţelor implicate de perceptele moderne ale prelegerilor universitare, respectiv aşa-numitele „cursuri universitare”, lucrarea prezintă în sinteză a s pectele constructive şi funcţionale ale principalelor tipuri de utilaje petroliere. Pentru formarea gândirii tehnice a viitorului specialist, în cadrul fiecărei „Unităţi de învăţare” (UI) se prezintă bazele teoretice necesare proiectării şi exploatării utilajelor în vederea realizării unor performanţe din punct de vedere tehnico - economic şi care să funcţioneze în condiţii de deplină securitate tehnică. Pentru a facilita valorificarea numeroaselor informaţii din domeniu, fiecare „Unitate d e învăţare” se încheie cu testul de autoevaluare, lucrarea de verif icare icare şi bibliografia pe care st udentul trebuie să o parcurgă pentru studiul unităţii de învăţare. Lucrarea cuprinde scheme d e calcul, grafice, g rafice, diagrame, d iagrame, toate utilizabile în lucrările de exploatare şi supraveghere tehnică, specifice activităţilor de forare a sondelor şi extracţie a petrol ului şi gazelor. Conţinutul lucrării corespunde programei analitice a curs ului „Utilaj petrolier” şi este corelat cu conţinutul celor lalte lalte discipline cu caracter de forare şi exploatare a sondelor de p etrol şi gaze din planul de învăţământ al Facultăţii de Ingineria Petrolului şi Gazelor. Lucrarea se adresează, cu predilecţie, studenţilor de la F acultatea de Ingineria Petrolului şi G azelor, specia lizarea Inginerie de Petrol şi Gaze, cursuri de zi şi la distanţă, oferind nu doar i n formaţii, dar asigurând efectiv realizarea procesului de învăţare şi predare. u Lucrarea prezintă elementele esenţiale ale subiectelor tratate, incl u zând nucleul de cunoştinţe şi deprinderi necesare studenţilor, pentru a atinge nivelul de competenţe dorit care îi motivează pentru continuarea studiului. Evaluarea cunoştinţelor acumulate de studenţi se face în cadrul activităţilor aplicative din timpul anului (pondere de 25%) şi în final prin examen (pondere 75%).
Autorul, ianua rie 2015
CUPRINS UI 1. Privire de ansamblu asupra instalaţiilor de foraj şi intervenţii.. ............... 9 1.1. Clasificarea instalaţiilor de foraj şi de intervenţi i....................... ............. 10 1.2. Structura instalaţiilor de foraj şi de intervenţ ii .........................................10 1.3. Pompe cu pistoane ....................................................................................13 1.3.1. Avantajele şi dezavantajele pompelor cu piston …........ …. ..............................13 1.3.2. Clasificarea pompelor cu piston………................................................. 14 1.3.3. Simbolizarea şi notarea pompelor cu piston……….............................. 14 1.3.4. Construcţia şi funcţionarea pompelor cu pi ston……............................. 15 1.3.5. Studiul hidraulicii pompelor cu piston…............................................... 16 1.3.6. Debitul teoretic al pompelor cu piston…............................................... 17 1.3.7. Debitul real al pompelor cu piston......................................................... 27 1.3.8. Presiunea pompelor cu piston…………................................................ 28 1.3.9. Variaţia presiunii pe piston în cursa de aspir aţie................................... 28 1.3.10. Cavitaţia pompelor cu piston şi măsuri de preven ire…....................... 35 1.3.11. Variaţia presiunii pe piston în cursa de reful are.................................. 37 1.3.12. Ciclul de funcţionare al pompelor cu piston (diagrama indicată)........ 38 1.3.13. Caracteristica reţelei……………………..................... reţelei……………………............................................. 39 1.3.14. Sisteme de uniformizare a d ebitului (amortizoare de pulsaţii)............ 42 1.3.15. Clasificarea amortizoarelor de pulsaţii (hidrofo are)............................ 42 1.3.16. Principiul de funcţionare al amortizoarelor de pulsaţii.. .......................42 elor.................................................... 43 1.3.17. Calculul funcţional al hidrofoar elor.................................................... 1.3.18. Calculul volumului de lucru al hidroforului........................................ 45 Teste de autoevaluare……………… autoevaluare…………………………………….............................. …………………….............................. 47 Răspunsurile Răspunsurile la testele de autoevaluare………… autoevaluare…………………..............................268 Lucrarea de verificare………………… verificare………………………………………... ……………………...........................48 ........................48 Rezumatul………………………………………………….............................48 Bibliografia…………………………………………………...........................48 UI 2. Pompe centrifuge.....................................................................................49 2.1. Generalităţi şi consideraţii privind utilizarea pompelor ce ntrifuge în industria petrolieră şi de transport ……........................................................... 50 2.2. Avantajele uge......................................50 Avantajele şi dezavantajele dezavantajele pompelor centrif uge......................................50 2.3. Clasificarea pompelor centrifuge…………..…........................................ 51 2.4. Simbolizarea şi notarea pompelor centrif uge.............................................52 uge.............................................52 2.5. Construcţia şi funcţionarea pompelor centrif uge….................................. uge….................................. 52 2.6. Mişcarea lichidului prin rotor. Planul vitez elor….....................................54 2.7. Ecuaţia fundamentală a pompelor centrif uge….........................................55 uge….........................................55 2.8. Influenţa numărului finit de pale asupra înălţimii teoretice de pomp are ..58 2.9. Înălţimea de pompare în funcţie de turaţie şi di ametrul D2.......................60 2.10. Caracteristica Caracteristica interioară teore t eoretică tică a pompelor centrifuge........................61 2.11. Caracteristica Caracteristica principală a pompelor centrifuge......................................66 2.12. Randamentul Randamentul hidraulic şi proprietăţile proprietăţile acestuia.................. a cestuia.......................................67 2.13 Punctul de funcţionare……………………..............................................68 2.14. Fenomenul de pompaj la pompele centrifuge..........................................70 2.15. Reglarea parametrilor funcţionali la pompele centrif uge…....................71 uge…....................71 Teste de d e autoevaluare…………… a utoevaluare…………………………………… ………………………................................81 ................................81 Răspunsurile Răspunsurile la testele t estele de autoevaluare……………………..........................268 Lucrarea de verificare………………… verificare………………………………………... ……………………...........................81 ........................81 Rezumatul………………………………………………….............................82 Bibliografia ......................................................................................................82 UI 3. Transmisii hidraulice...............................................................................83 3.1. Transmisii hidrodinamice ……………………......................................... 84 3.1.1. Transmisii Transmisii hidrodinamice….…………................ hidrodinamice….…………................................................ ................................ 84
5
3.1.2. Ecuaţia fundamentala a transmisiilor t ransmisiilor hidraulice.....................................85 3.1.3. Randamentul transmisiilor hidraulice.....................................................86 3.1.4. Clasificarea turbotransformatoarelor…..................................................88 3.1.5. Caracteristicile exterioare ale transmisiilor hidraulice............................89 3.2. Transmisii hidrostatice………….……………. hidrostatice………….……………..........................................90 .........................................90 3.2.1. Principiul unei transmisii hidrostatice.....................................................90 3.2.2. Clasificarea şi construcţia unităţilor hidrostatice…................................92 3.2.3. Simbolizarea Simbolizarea şi notarea unităţilor hidrostatice........................................92 3.2.4. Studiul cinematicii unităţilor hidrostatice…...........................................93 3.2.5. Caracteristicile exterioare ale transmisiilor hidrostatice ........................95 3.2.6. Randamentul transmisiilor hidrostatice…..............................................96 Teste de autoevaluare………………… autoevaluare……………………………………....... …………………................................96 .........................96 Răspunsurile Răspunsurile la testele de autoeva a utoevalu luare…………….…….............................268 Lucrarea de verificare………………… verificare……………………………………...............................97 …………………...............................97 Rezumatul……………………………………… Rezumatul……………… ………………………………… ………….............................97 .............................97 Bibliografia…………………………………………………...........................98 UI 4. Instalaţii de foraj şi intervenţii ................................................................99 oraj..…...........................................99 4.1. Parametrii definitori ai instalaţiei de f oraj..…...........................................99 4.1.1. Sistemul de acţionare…………..……................................. acţionare…………..……..................................................100 4.1.2. Forţa la cârlig …...………………..…................................. …...………………..…..................................................101 4.1.3. Caracteristicile funcţionale funcţionale ale diferitelor sisteme de acţionare ..........105 4.1.4. Puterea instalată………………………................................................109 ..................109
4.2. Alcătuirea, citirea şi optimizarea schemelor cinematice ale instalaţiilor de foraj şi de intervenţie................................................................................. 112 4.3. Sistemul de manevră………………..………..........................................119 ..................119 Teste de autoevaluare………………… autoevaluare……………………………………..............................130 …………………..............................130 Răspunsurile Răspunsurile la testele de autoeva a utoevalu luare……………………..........................268 Lucrarea de verificare………………… verificare…………………………………….............................131 ………………….............................131 Rezumatul……………………………………… Rezumatul……………… ………………………………… …………...........................131 ...........................131 Bibliografia………………………………………………….........................132 UI 5. Sisteme de rotire ...................................................................................133 5.1. Sistemul de r otire……………….…………… otire……………….……………........................................134 ........................................134 5.1.1.Parametrii principali ai regimului de foraj.............................................134 5.1.2. Parametrii sistemului de rotire….…….................................................135 5.1.3. Relaţia fundamentală fundamentală a sistemului de rotire……..................................137 5.1.4. Masa rotativă…………………….……................................ rotativă…………………….……................................................137 5.1.4.1. Caracteristicile principale ale meselor meselor rotative………......................138 rotative ………......................138 5.1.4.2. Acţionarea mesei rotative………......................................................139 5.1.4.3. Calculul mesei rotative…………......................................................139 5.1.5. Capul hidr aulic……..……………..…....... aulic……..……………..…..................................................142 ...........................................142 5.1.5.1. Calculul capului hidraulic………......................................................143 5.1.5.2. Rulmentul principal al capului hidraulic...........................................145 5.1.5.3. Fusul capului hidraulic…………..….................................................146 5.1.5.4. Toarta capului hidraulic………….....................................................147 5.2. Sistemul de circulaţie…………………..…….......................... circulaţie…………………..…….........................................150 ................150 5.2.1.Generalităţi………………………..…...................................................150 5.2.2. Parametrii sistemului de circulaţie..…..................................................151 5.2.2.1. Parametrii Parametrii sistemului de circulaţie la forajul cu masa rotativă . ........151 5.2.3. Cerinţe şi soluţii tehnice cu privire cu privire la sistemul sistemul de circulaţie ...............152 5.2.4. Probleme de exploatare a pompelor cu pistoane..................................153 5.2.5. Sisteme de depozitare, preparare şi curăţare a fluidului de foraj ........153 5.2.5.1. Depozitarea fluidului de foraj............................................................154 5.2.5.2. Prepararea fluidului de foraj………..................................................154 5.2.5.3. Curăţarea fluidului de foraj………....................................................154 Teste de autoevaluare......................................................................................155
6
Răspunsurile Răspunsurile testelor de autoevaluare………................................. autoevaluare……….................................................268 Lucrarea de verificare……………………….................................................155 Rezumatul……………………………………...............................................156 Bibliografia………………………………….. Bibliografia………………………… ……….. ..............................................156 UI 6. Sistem de foraj cu cap hidraulic rotativ motor .....................................157 6.1. Sistem de foraj cu cap hidraulic rotativ motor……...............................158 6.1.1. Clasificare…………………………….................................................159 6.1.2. Structura constructivă constructivă şi funcţională....................................... funcţională....................................................160 6.1.3. Modul Modul de funcţionare………………...................................... funcţionare………………...................................................167 6.1.4. Avantajele utilizării capului hidraulic motor.......................................168
6.2. Ecuaţiile fundamentale şi caracteristicile funcţionale ale sistemelor de lucru principale principale ale al e instalaţiei de foraj şi de intervenţie intervenţie ........................ ........ ........................171 6.2.1. Obţinerea ecuaţiilor fundamentale pentru instalaţiile fără
turbotransformator ........................................................................................ 173 6.2.2. Ecuaţiile fundamentale şi caracteristicile funcţionale funcţionale ale sistemelor de mator..............177 lucru ale instalaţiei de foraj şi de intervenţie cu turbotransfor mator..............177
6.2.2.1. Legea de variaţie a randamentului turbotransformatorului în funcţie de factorii de viteză ai sistemului sistemului de lucru l ucru........................... ..................................................... 178 6.2.2.2. Ecuaţia fundamentală şi caracteristica funcţională a sistemului de lucru……........................................................................................................181 Teste de autoevaluare……………… autoevaluare………………………….............................................184 ………….............................................184 Răspunsurile Răspunsurile testelor de autoevaluare………................................. autoevaluare……….................................................268 Lucrarea de verificare.....................................................................................185 Rezumatul.......................................................................................................186 Bibliografia…………………………………….............................................186 UI 7. Unităţi de pompare şi compresoare ......................................................187 7.1. Clasificarea unităţilor de pompare……...................................................188 7.2. Unităţi de pompare cu balansier şi prăjini de pompare. Părţi componente, principiul principiul de funcţionare…….........................................................................189 7.3. Simbolizarea Simbolizarea unităţilor de pompare .…...................................................190 7.4. Parametrii regimului de pompare………................................................. 190 7.5. Tipuri de scheme cinematice ale unităţilor de pompare ..........................193 7.6. Cinematica Cinematica unităţilor de pompare .……..................................................194 7.7. Determinarea forţei de la capul balansier ului……...................................197 ului……...................................197 7.8. Ecuaţia fundamentală a unităţilor de pompare ……….... ..................... ..198 7.9. Determinarea ate........................199 Determinarea forţei tangenţiale la unităţile neechilibr ate........................199 7.10. Clasificarea unităţilor de pompare după echilibrare ….. .......................200 7.11. Determinarea forţei tangenţiale la unităţile echilibrate pe balansier..... 201 7.12. Determinarea forţei tangenţiale la unităţile echilibrate pe maniv elă..... 203 7.13.Compresoare…………….......................................................................204 7.13.1. Compresoare cu piston……................................................................205 7.13.1.1. Ciclul teoretic al compresorului teoretic..........................................205 7.13.1.2. Lucrul mecanic al compresorului t eoretic………............................206 7.13.1.3. Ciclul teoretic al compresorului real…..…......................................208 7.13.1.4. Comprimarea în mai multe trepte.................................................... 211 7.13.1.5. Probleme speciale privind exploatarea compresoarelor cu piston...212 esor…...................................................212 7.13.1.5.1. Răcirea cilindrului compr esor…...................................................212 7.13.1.5.2. Răcirea intermedi i ntermediară………….....................................................213 7.13.1.6. Tipuri de compresoare cu piston…….….........................................213 7.13.1.6.1. Compresoare de aer………..….....................................................213 7.13.1.6.2. Compresoare de gaze....................................................................213 Teste de autoevaluare……………… autoevaluare…………………………………..................................215 …………………..................................215 Răspunsurile Răspunsurile testelor de autoevaluare…………………....... autoevaluare…………………............................. ...268 Lucrarea de verificare………………… verificare………………………………….................................215 ……………….................................215 Rezumatul………………………………………………...............................216
7
Bibliografia……………………………………………….............................216 UI 8. Instalaţii şi echipamente de prevenire a erupţiilor .................. .............217 8.1. Manifestările eruptive ale sondelor de ţiţei şi gaze…..............................218 8.2. Metodele de combatere a manifestărilor erupt ive....................................219 8.3. Funcţiunile instalaţiilor de prevenire a erupţi ilor................................. ...223 8.4. Componenţa şi rolul subansam blelor componente..................................224 8.5. Clasificarea instalaţiilor de prevenire a erupţiilor....................................225 8.6.Caracteristicile principale ale instalaţiilor de prevenire a erupţiilor.........226 8.7. Prevenitoarele de erupţie………..……....................................................232 8.7.1. Funcţiunile prevenitoarelor de eru pţie..................................................232
8.7.2. Principalele elemente ale unui un prevenitor de erupţie şi rolul lor funcţional.........................................................................................................232 8.7.3. Clasificarea prevenitoarelor de erupţie…..............................................233 8.7.4. Prevenitoare de erupţie orizontale................................................................235 8.7.5. Prevenitoare de erupţie cu bac inelar (verticale). .........................................245 8.8. Echipamentele de acţionare a instalaţiilor de prevenire a erupţi ilor.........251 8.8.1.Funcţiile echipamentului de acţionare ..................................................251 8.8.2. Clasificarea sistemelor de acţionare a instalaţiilor de prevenire a erupţi ilor .........................................................................................................252 8.8.2.1.Acţionarea manuală a prevenitoar elor.................................................252 8.8.2.2. Acţionarea hidraulică a prevenitoarelor de erupţie şi robinetelor aferente………................................................................................................253 8.9. Deranjamente la instalaţiile de prevenire a erupţiilor şi remedi erea acestora............................................................................................................260 Teste de autoevaluare .....................................................................................265 Răspunsurile la testele de autoevaluare..........................................................268 Lucrarea de verificare.....................................................................................266 Rezumatul.......................................................................................................266 Bibliografia................................................................................ ....................267
8
9
UI 1. PRIVIRE DE ANSAMBLU ASUPRA INSTALAŢIILOR DE FORAJ ŞI INTERVENŢII Instalaţia de foraj şi intervenţie ( I.F.I.) reprezintă totalitatea echip amentelor, maşinilor, utilajelor, sculelor, aparatelor şi di spozitivelor folosite în scopul săpării, întreţinerii, exploatării şi reparaţiilor capitale ale sond elor. OBIECTIVE
Ingineria utilizării utilajului petrolier folosit la săparea şi repararea sondelor de petrol şi gaze face obiectul pentru (UI)1, în principal fiind abordate probleme referitoare la: clasificarea instalaţiilor de foraj şi de intervenţii; structura instalaţiilor de foraj şi de intervenţii; clasificarea pompelor cu pistoane; construcţia şi funcţionarea pompelor cu pistoane; hidraulica pompelor cu pistoane; caracteristica reţelei; amortizoare de pulsaţii a debitului. Cunoaşterea acestor obiective este absolut necesară de ştiut de viitori specialişti, pentru exploatarea şi funcţionarea utilajelor petroliere în condiţii economice şi deplină securitate tehnică. SECŢIUNI ŞI SUBSECŢIUNI
1.1. Clasificarea instalaţiilor de foraj şi de interve nţii................... 1.2. Structura instalaţiilor de foraj şi de intervenţii . ..................... 1.3. Pompe cu pistoane ................................................................. 1.3.1. Avantajele şi dezavantajele pompelor cu piston …........ 1.3.2. Clasificarea pompelor cu piston………......................... 1.3.3. Simbolizarea şi notarea pompelor cu pis ton………....... 1.3.4. Construcţia şi funcţionarea pompelor cu pi ston……..... 1.3.5. Studiul hidraulicii pompelor cu piston…...................... 1.3.6. Debitul teoretic al pompelor cu piston…...................... 1.3.7. Debitul real al pompelor cu piston............................... 1.3.8. Presiunea pompelor cu piston…………....................... 1.3.9. Variaţia presiunii pe piston în cursa de aspir aţie........... 1.3.10. Cavitaţia pompelor cu piston şi măsuri de preven ire… 1.3.11. Variaţia presiunii pe piston în cursa de refulare.......... 1.3.12. Ciclul de funcţionare al pompelor cu piston (diagrama indicată)…………………..................................................... 1.3.13. Caracteristica reţelei……………………..................... 1.3.14. Sisteme de uniformizare a debitului (amortizoare de pulsaţii)……..……….................................................................. 1.3.15. Clasificarea amortizoarelor de pulsaţii (hidrofo are)...... 1.3.16. Principiul de funcţionare al amortizoarelor de pulsaţii..
10 10 13 13 14 14 15 16 17 27 28 28 35 37 38 39 42 42 42
9
1.3.17. Calculul funcţional al hidrofoar elor.................................. 1.3.18. Calculul volumului de lucru al hidroforului..................... Teste de autoevaluare……………………………………............. Răspunsurile la testele de autoe valuare…………………............. Lucrarea de verificare………………………………………........ Rezumatul………………………………………………….......... Bibliografia………………………………………………….........
43 45 47 268 48 48 48
1.1. CLASIFICAREA INSTALAŢII LOR DE FORAJ ŞI DE INTERVENŢIE
a) Din punct de vedere funcţional: a.1) Instalaţii de foraj – IF ; a.2) Instalaţii de intervenţii – II ; a.3) Instalaţii de reparaţii capitale – IRK ; b. Din punct de vedere al modului de acţionare: b.1) Acţionare individuală; b.2) Acţionare în grup; b.3) Acţionare mixtă. c. Din punct de vedere al modului de transportare: c.1) Transportabile – II şi IF de mică capacitate; c.2) Semi transportabile (se transportă în blocuri mari); c.3) Fixe (se transportă în blocuri mai mici); d. Din punct de vedere al capacităţii (adâncimi de foraj rec omandate, H ): d.1) Instalaţii de forare uşoare – H ≤ 2 500 m; d.2) Instalaţii de forare de capacitate medie 2 500 m ≤ H ≤4 000 m; d.3) Instalaţii de forare semigrele 4 000 m ≤ H ≤ 6 000 m; d.4) Instalaţii de forare grele 6 000 m ≤ H ≤ 8 500 m; d.5) Instalaţii de forare foarte grele 8 500 m ≤ H ≤ 10 000 m; d.6) Instalaţii de forare ultra grele , H >10 000 m. 1.2. STRUCTURA INSTALAŢIILOR DE FORAJ ŞI DE INTERVEN ŢIE
O instalaţie de foraj şi intervenţie trebuie să realizeze principalii par ametrii ai regimului de foraj: apăsarea pe sapă – F s; viteza unghiulară a sapei – ωs; debitul fluidului de foraj – Q. Instalaţia de foraj trebuie să aibă trei parţi principale cu aj utorul cărora să realizeze parametrii regimului de foraj. Cu ajutorul sistemului de man evră (SM ) se realizează viteza unghi ulară a sapei. Sistemul de rotire (SR) realizează viteza unghiulară a sapei. Sistemul de circulaţie ( SC ) realizează debitul fluidului de f oraj. În afara acestor trei părţi principale pentru efectuarea procesului de f oraj instalaţia de foraj mai are in componenta sa si alte părţi auxiliare:
10
-
sistemul de acţionare sistemul de avans automat al sapei- reglează apăsarea sapei; sistemul de comenzi - pneumatice; - hidraulice; - electrice; sistemul de reversare – serveşte la inversarea sensului de rotire la masa rotativă; sistemul de acţionare al motoarelor; sistemul de lăcărit; sistemul de transport d acă instalaţia este transportabilă; sistemul de preparare şi curăţire a fluidului de foraj.
Schema funcţională a IFI este prezentată în figura 1.1.
Figura 1.1 Schema funcţională a unei IFI: M – motor (sau grup de motoare); th – transmisie hidraulică (lipseşte dacă mot orul este electric); Ti – transmisie intermediară; CV – (SM+SR) – cutie de viteze a sistemului de manevra şi ro tire; TF (Ti) – troliu de foraj sau de intervenţie; Cv-SR – cutie de viteze a sistemului de rotire; MR – masa rotativa;CV-STR –cutia de viteze a sistemului de transport; MG – sistemul macara geamblac; Te – turla sau mastul; CV-SC – cutia de viteze a sistemului de circulaţie; PN – pompa de noroi sau grup de pompe; CH – capul hidraulic; p – pistonul;c – cârligul; t-toba.
Pentru definirea unei IFI se folosesc trei parametri: - sistemul de acţionare – SA - puterea instalată – Pi; - forţa la cârlig – Fc; În funcţie de sistemul şi modul de acţionare IFI au o structură mai simplă sau mai complexă..
11
Indiferent de acestea schema de principiu a unei IFI este prezentată în figura 1.2.
Figura 1. 2 Schema de principiu a unei instalaţii de foraj: 1, 2, 3 – transmisii de legătură între S A şi ML; 4 – capătul activ al cablului; 5 – linia de presiune a sist emului de circulaţie; 6 – pătraţii mesei rotative; 7 – cârligul; 8, 9, 10, 11 – reducţii de legătură; pf – prăjini de foraj; pg – prăjini grele; s – sapa.
Orice sistem de lucru ( SL) al unei instalaţii de foraj are în a lcătuirea sa mecanisme care pot fi încadrate în trei categorii: a. M – motorul de la care se transmite energia me canică la maşina de lucru. Împreună cu generatorul sau cu tran smisia hidraulică formează grupul (sistemul) de acţionare; b. LC – lanţul cinematic – reprezintă totalitatea element elor mecanice şi transm isiilor care contribuie la obţinerea unui anumit scop. c. ML – maşina de lucru – este cea mai importantă maşină dintr-un sistem de lucru. Elementul final al unei maşini de lucru ce efectuează un l ucru mecanic util se numeşte organ de lucru ( OL).
12
1.3. POMPE CU PISTOANE
cru.
Orice proces tehnologic are în componenţa sa mai multe sisteme de l u-
Un proces tehnologic este realizat pentru un scop bine preci zat şi este caracterizat prin sisteme de lucru principale şi auxiliare. Un sistem de lucru se compune din trei părţi (figura 1.3).
Figura 1.3 Componenţa unui sistem de lucru: MF – maşina de forţă sau motorul; T – transmisia; ML – maşina de lucru; OL – organul de lucru; PSE – puterea sursei de energie, Putilă – puterea utilă.
Maşina de lucru este cel mai important mecanism al unui sistem de lucru. Elementul final al maşinii de lucru efectuează un lucru mecanic util şi se numeşte organ de lucru ( OL). Pompele cu piston sunt maşini hidraulice care au ca principiu de fun cţionare variaţia continuă a volumului de lucru. Acestea transformă energia mecanică în energie hidraulică, pr e ponderent hidrostatică. Pompa cu piston este una dintre maşinile de lucru ale instalaţiei de f oraj (pompa de noroi), aceasta realizând circulaţia fluidului de foraj. De asemenea, pompel e cu piston se folosesc şi la: extracţia petrolului din sonde; pe agregatele de cimentare şi fisurare hidraulică; pentru vehicularea petrolului de la parcurile de separatoare la parcurile centrale şi de aici către rafinării; la vehicularea petrolului şi derivatelor acestuia în rafinării. 1.3.1. Avantajele şi dezavantajele pompelor cu piston
Pompele cu piston, în comparaţie cu pompele centrifuge au două ava ntaje esenţiale. Acestea sunt: randamentul este mai mare nefiind influenţat de viscozitatea lichidulu i pompat; presiunea de pompare poate fi oricât de mare şi este indepe ndentă de debit. Din punct de vedere al utilizării lor la transportul petrolului brut şi al produselor petroliere prin conductele magistrale, pompele cu piston prezin tă mai multe dezavantaje: dimensiuni de gabarit mari în special la debite mari; posibilităţi limitate de reglare a regimului de lucru fără oprirea agregat ului; cost relativ ridicat; condiţii de exploatare mai dificile; necesitatea montării amortizoarelor de pulsaţii a debitulu i;
13
imposibilitatea de a transporta petrol brut care conţine chiar foarte puţ ine impurităţi solide; dificultatea automatizării funcţionării staţiilor de pompe. 1.3.2. Clasificarea pompelor cu piston
Pompele cu piston se clasifică după mai multe criterii. În continuare sunt prezentate câteva dintre acestea. a) după modul de acţionare : pompe cu acţionare directă (pot fi acţionate cu: abur, hidraulic şi pne umatic); pompe cu acţionare indirectă – acţionarea se face printr -o transmisie (lanţ, curele) ce se află între maşina de forţă şi pompă. b) după forma constructivă a organului de lucru: organ de lucru în formă de piston, la care l < D (unde l este lungimea pistonului, iar D diametrul acestuia); organ de lucru în formă de plunger, la care l > D; organ de lucr u în formă de piston glisant la care supapa de refulare se află inclusă în piston. c) după numărul de pistoane sau de cilindrii , i – numărul de pistoane: i = 1, pompă simplex; i = 2, pompă duplex; i = 3, pompă triplex; .................................; i = n, pompă multiplex. d) după numărul de efecte: pompă cu simplu efect, la care j = 1; pompă cu dublu efect, la care j = 2.
e) după poziţia cilindrilor pompei: pompe cu cilindrii orizontali; pompe cu cilindrii verticali; pompe cu cilindrii montaţi în „ V ” 1.3.3. Simbolizarea şi notarea pompelor cu piston
Pompele cu piston sunt prezentate în STAS 9009-88. Pentru pompele cu piston se folosesc următoarele simboluri:
Figura 1.4 Simbolurile pompelor cu piston.
14
Se foloseşte următoarea notare: " iDU – 1,36 Pa[kW] ( D M S " ) în care:
i este numărul de pistoane; DU – domeniul de utilizare (PN – pompă de noroi, PP – pompă petrol,
PT – pom pă ţiţei); Pa – puterea la arborele de intrare în pompă exprimată în kW;
diametrul maxim al cămăşii ce poate fi montată la pompa respe ctivă exprimat în inch; 1,36 – coeficientul de transformare a kW în CP; S – mărimea cursei exprimată în inch; 1 1 inch 25,4 mm = foot, 1 foot = 304,8 mm; 12 D M –
3 " Exemplu: 2 PN – 700 8" 15 4 1.3.4. Construcţia şi funcţionarea pompelor cu piston
Se consideră o secţiune prin cilindrul unei pompe cu pi ston cu dublu efect (figura 1.5).
Figura 1.5 Pompă cu piston cu dublu efect: 1 – maşina de forţă; 2 – roată de curea sau lanţ; 3 – transmisie prin lanţ sau prin curele; 4 – roată de curea sau de lanţ; 5 – pinion; 6 – coroană dinţată solidară cu arborele cotit; 7 – manivelă; 8 – bielă de lungime l; 9 – glisieră; 10 – capul de cruce; 11 – tija pistonului; 12 – cutie de etanşare; 13 – organ de lucru (piston); 14 – supape de aspiraţie; 15 – supape de refulare; 16 – colector de aspira ţie; 17 – conductă de aspiraţie; 18 – clapetă de reţinere; 19 – sorb; 20 – rezervor de aspiraţie; 21 – colector de refulare; 22 – conductă de refulare; A – butonul manivelei; r – raza manivelei, x – deplasarea curentă a pistonului.
15
Figura 1.6 Schema bloc funcţională a unei pompe cu piston reprezentată prin dipoli: MBM – mecanismul bielă manivelă; PHP – partea hidraulică a pompei; Pm1 – puterea mecanică la intrarea în transmisie; P m2 – puterea mecanică la ieşirea din transmisie;Ph – puterea hidraulică.
Figura 1.7 Schema bloc funcţională a unei pompe cu piston reprezentată prin cvadripoli.
În tabelul 1.1 este p rezentată sintetic funcţionarea pompei cu pistoane. Tabelul 1.1 Funcţionarea pompei cu piston.
MişcaPoziţia rea
manive- pistonulei
lui
Volumul
CS
Cd
Presiunea Cd
Supapă
Aspiraţie
Supapă
Faza
refulare
pompei
Cd 14s 14d 15s 15d CS
Cd
A1A2
p
pr 1
0
0
1
–
+
A2A1
p>pr p
1
1
0
+
–
1 – deschis; 0 – închis; “+” – refulare; “–“ – aspiraţie. 1.3.5. Studiul hidraulicii pompelor cu piston
Prin studiul hidraulicii pompelor cu piston se înţelege determinarea parametrilor funcţionali ai pompei cu piston. Parametrii funcţionali ai po m pei cu piston rezultă din figura 2.6.
Figura 1.8 Pompa cu piston reprezentată printr -un cvadripol
16
