Противовыбросовое оборудование, рассчитанное на рабочее давление 35 МПа

курсовая работа

4.1 Расчет уплотнителя

Расчет уплотнителя заключается в определении его основных размеров. Исходными данными являются рабочее давление Р = 35 МПа и диаметр проходного отверстия d0 = 230 мм. Расчет ведется из условия перекрытия скважины при отсутствии в ней инструмента.

Половина угла конусности во всех существующих универсальных превенторах принимается = 24, а высота уплотнителя

Н=0.8d0, (1)

Н = 0.80.230 = 0.184 м.

Принимаем Н = 0.180 м.

Диаметр нижнего основания уплотнителя при полном ходе поршня вверх

d1=1.3d0, (2)

d1 =1.30.23=0.299 м.

Принимаем d1 = 0.300 м.

Диаметр верхнего основания снятого уплотнителя

d2=d1+2Htg240, (3)

d2=0.3+20.18tg240=0.46 м.

Объем резины, вытесняемый штуцером за полный ход вверх

Vп=nVo, (4)

где Vo - объем, который должен перекрыть уплотнитель при отсутствии инструмента в скважине, м3;

n - коэффициент запаса (n = 1,6).

(5)

Этот же объем определяется по формуле:

(6)

где Н - высота уплотнителя, м;

d1 и d2 - диаметры верхнего и нижнего основания несжатого уплотнителя, м.

, (7)

, (8)

где h - полный ход поршня, м.

Подставив выражения d1 и d2, получим

(9)

После упрощений получим

(10)

h=0.138 м.

Принимаем h = 0.140 мм.

Зная ход поршня, определяем основные размеры несжатого уплотнителя по формулам (7) и (8) [2]

(11)

(12)

Рисунок 7 - Резинометаллический уплотнитель

4.2 Расчет усилия на поршень необходимый для герметизаций устья скважины

Расчет сводится к определению усилия, необходимого для зажатия уплотнителя до соприкосновения с трубой или полного перекрытия прохода при отсутствии инструмента. После соприкосновения или перекрытия кроме силы гидропривода будет действовать сила давления среды скважин, создавая самоуплотняющий эффект. Для расчета необходимо определить величину радиального перемещения к центру образующей боковой поверхности уплотнителя в следующих случаях:

а) перекрытие уплотнителем прохода без коэффициента запаса объема (n = 1);

б) герметизация устья скважины при наличии в ней квадратной ведущей трубы со стороной квадрата a = 115 мм.

Радиальное перемещение определяется исходя из расчетов размера уплотнителя:

а) полное перекрытие уплотнителем прохода

, (13)

.

При герметизации ведущей трубы R определяется по формуле[2]

, (14)

, (15)

, (16)

.

м.

Зная величину радиального перемещения R без учета сил трения между уплотнителем и крышкой, можно определить величину, соответствующую внешнему давлению на уплотнитель, рассматривая его как толстостенную цилиндрическую трубу, находящуюся под внешним давлением.

После преобразования получим

, (17)

где Ер - модуль упругости материала уплотнителя (Ер = 8 МПа);

р - коэффициент Пуассона для материала уплотнителя (р = 0,5).

,

После преобразований получим

.

Усилие на поршень без учета сил трения между крышкой превентора и уплотнителем, и трения между корпусом и уплотняющим материалом можно выразить через нормальное давление

, (18)

где Рn - нормальное давление, Па;

fб - боковая площадь уплотнителя, м2;

Qтр - сила трения между уплотнителем и поршнем, Н.

, (19)

, (20)

м.

где l - длина внешней образующей уплотнителя, м.

, (21)

где - коэффициент трения резины по стали ( = 0,25).

, (22)

,

.

Получив выражение, определяющее величину усилия поршня в зависимости от величины радиального перемещения образующей внутренней боковой поверхности уплотнителя, можно определить усилие на поршне для различных случаев [3]:

а) для полного перекрытия прохода при отсутствии инструмента

;

б) для герметизации рабочей трубы со стороной квадрата а = 115 мм

.

противовыбросовый превентор установка герметизация

Делись добром ;)