CC BY
105
УДК 621.43
С. Ш. Бангаев, М. А. Саидов, А. П. Перекрестов
РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ УПЛОТНИТЕЛЯ УНИВЕРСАЛЬНОГО ПРЕВЕНТОРА
При морском бурении буровое оборудование, размещаемое на верхней площадке буровой установки, отличается от применяемого на суше главным образом компоновкой. Установка водоотделяющих колонн позволяет оборудовать устье скважины и обеспечить его герметизацию с помощью тех же средств, что и на суше [1], в том числе и превентором.
В связи с тем, что обеспечение надежности конструкции превентора в морских условиях актуально, предлагается один из вариантов повышения надежности отечественного превентора.
Проектный расчет уплотнителя универсального превентора проведен в связи с необходимостью аналитически проверить работоспособность спроектированного в объединенном конструкторском бюро Волгоградского завода бурового оборудования сферического универсального превентора П 41.05.09.000 [2].
Основная сложность при выполнении расчета заключалась в полном отсутствии каких-либо расчетов или рекомендаций по расчету резины уплотнителя. Размеры уплотнителей, серийно выпускаемых на заводе универсальных превенторов, «снимались» с конструкций соответствующих уплотнителей превенторов зарубежного производства.
Расчет состоит из двух частей:
— расчет конструктивной части;
— прочностный расчет резины уплотнителя.
Цель конструктивного расчета - установление конструктивных соотношений основных элементов, составляющих рабочую полость превентора. Расчет позволил установить критерии для ориентировочного проектирования каждой детали уплотнителя в отдельности.
При расчете в качестве базовой модели рассмотрен сферический универсальный превентор П11.05.09.000 (350 х 35), имеющий детали, подобные детали рассчитываемого превентора по форме, но отличающийся большим условным проходом и большими размерами.
Этот превентор рассчитан отдельно, теми же методами, что и П41. Общий вид превентора показан на рис. 1.
Общий вид превентора
Общие сведения об уплотнителе
Уплотнитель состоит из резины и арматур в количестве 14 штук.
Уплотнитель является формовым изделием, т. е. его вулканизация произведена в литейной форме совместно с арматурой.
Резина на основе синтетического каучука бутадин-нитрильного предназначена для изготовления различных деталей, требующих высокой бензо-, масло- и теплостойкости, а также высокой стойкости в среде нефтепродуктов.
В процессе работы, под воздействием поршня, уплотнитель свободно перемещается в рабочей камере по гладкой (6 класс чистоты) внутренней сферической поверхности крышки (рис.). Конструкция арматуры, направляющая деформацию резины, способствует значительному уменьшению сил трения.
В процессе бурения уплотнитель постоянно находится в потоке циркулирующего бурового раствора, выходящего из скважины. При остановке процесса бурения циркуляция раствора не прекращается.
Давление в скважине, при нормальных условиях бурения, не требует постоянной герметизации скважины превентором. Необходимость герметизации появляется только при неожиданных проявлениях флюидов, и поэтому превентор в основном открыт.
При расчете подробно рассмотрен процесс перемещения поршня с исходного положения до его полного закрытия. Вычислены промежуточные объемы рабочей полости и вес самой резины, объем и вес каждой детали арматуры. Результаты расчетов сведены в табл. 1.
Таблица 1
Объем и вес деталей рабочей полости
Параметр Обозначение Значения параметров
П41.05.09 П11.05.09
Наибольший объем рабочей полости, см3 V max 80 053,4 164 588
Наименьший объем рабочей полости, см3 V • mm 42 986,9 75 340,4
Ход поршня, мм /п 115 175
Объем уплотнителя в начале хода, см3 V уплн 58 372,7 123 664,7
Объем арматуры (1 шт.), см3 V арм 846,9 1 618,9
Вес арматуры (1 шт.), кг О арм 6,648 12,708
Количество арматур в уплотнителе, шт. П 14
Общий объем арматуры, см3 V 2 арм 11 856,6 22 664,6
Общий вес арматуры, кг о 2 арм 93,074 177,917
Объем проходного отверстия уплотнителя, см3 V отв 9 275,3 30 266,7
Объем резины, см3 V рез 37 237,1 70 733,4
Вес резины (при р = 1,4 г/см3), кг о рез 52 99
Рабочее давление, МПа рр 35
Условный проход, мм °у 230 350
Наружный диаметр уплотнителя в начале хода поршня, мм -^нар 630 810
Высота уплотнителя по сечению резины в начале хода поршня, мм н упл.р 200 270
Высота арматуры в начале хода, мм н арм 280 363
После анализа полученных параметров были выведены конструктивные соотношения, характеризующие размеры и объемы деталей, образующих рабочую полость превентора (табл. 2).
Таблица 2
Конструктивные соотношения деталей рабочей полости превенторов
Параметр Обозначение Соотношения
П41.05.09 (230 х 35) П11.05.09 (350 х 35)
Длина хода поршня, мм ln 0,5 Dy
Наружный диаметр уплотнения в исходной точке, мм DHap 2,739 Dy 2,314 Dy
Dy Dy
0,365 0,432
Высота уплотнителя по сечению резины в исходной точке, мм H упл.р 0,8695 Dy 0,771 Dy
Высота арматуры, мм H арм 1,217 Dy 1,04 Dy
Объем уплотнителя в исходной точке, см3 V упл 5,293 V^ 3,086 Vam
Суммарный объем арматуры, см3 V 2 арм 0,241 Vym 0,243 Vym
Объем резины, см3 V рез 3,14 V 2 арм 3,14 V 2 арм
Наибольший объем рабочей полости, см3 V max (1,63...1,64) Vym (1,76...1,77) Vym
Наименьший объем рабочей полости, см3 V • min 0,876 Vym 0,807 Vym
Вес резины, кг Срез 0,56 G 2 арм
Конструктивные соотношения деталей рабочей полости превентора, полученные в результате расчета, дают возможность устанавливать оптимальные размеры его деталей. Следует отметить, что расчет позволил не только учесть механическую прочность, но и соблюсти необходимые соотношения между этими элементами, обеспечивающими надежность и работоспособность конструкции в целом.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ильский А. Л., Шмидт А. П. Буровые машины и механизмы. - М.: Недра, 1989. - 395 с.
2. Бангаев С. Ш. Превентор универсальный П41.05.09.000. Расчет уплотнителя П41.05.09.010 000 РР1 / ВЗБТ. - Волгоград, 2002.
Статья поступила в редакцию 6.02.2009
THE DESIGNING OF THE CONSTRUCTION OF THE UNIVERSAL PREVENTER’S SEALANT
S. Sh. Bangaev, M. A. Saidov, A. P. Perekrestov
The designed calculation of the universal preventer’s seal is made because of the necessity to check operability of the spherical universal preventer P41.05.09.000 projected in the joint designing department of Volgograd plant of drilling engineering. The purpose of the calculation is to establish the constructive correlations of the main parts, constituting the working cavity of the preventer. The calculation allowed to determine the criteria for an approximate design of every part of the seal individually and their optimum parameters; to take into account a mechanical strength and to observe the necessary correlations between the main elements, providing the reliability and the operability of the construction as a whole.
Key words: preventer, seal, details of seal work cavity.
