2

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

________________________________________

«Южно-Российский государственный технический университет

(Новочеркасский политехнический институт)»

Н.И.Сысоев

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"

Курс5

Семестр 9

Новочеркасск 2006г.

Тема 1 Введение

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.