INTRODUCERE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. .. 6… [600332]

Cuprins
INTRODUCERE ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. .. 6
CAPITOLUL 1 ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 9
CONSTUCTIA INSTALATIEI DE FORAJ ………………………….. ………………………….. ………………….. 9
Capitolul 2 ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………. 14
DESCRIEREA SONDEI ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………….. 14
2.1. Adâncimea sondei ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………. 14
2.2. Sistemul de acționare ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………….. 14
2.3. Construcția sondei ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………. 14
CAPITOLUL 3 ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. … 17
CALCULUL PARAMETRILOR DEFINITORII AI INSTALAȚIEI DE FORAJ ……………………… 17
3.1. Tipuri de instalație de foraj ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 17
3.2. Determinarea forțelor nominale la cârlig ………………………….. ………………………….. ……………. 19
3.3. Tubarea sondei ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………… 21
3.4. Calculul forței maxime la cârlig ………………………….. ………………………….. ………………………… 24
3.5. Calculul puterii instalate; determinarea numărului de grupuri de foraj ………………………….. . 24
3.6. Determinarea numărului necesar de motoare ………………………….. ………………………….. ………. 27
3.7. Determinarea numărului de trepte de viteză la manevră și materializarea schemei cinematice
a sistemului de manevră ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………….. 27
3.8. Alegere a geamblacului de foraj ………………………….. ………………………….. …………………………. 31
3.9. Alegerea ansamblului macara – cârlig ………………………….. ………………………….. ……………….. 32
3.10. Alegerea cablului de foraj ………………………….. ………………………….. ………………………….. ….. 34
CAPITOLUL 4 ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. … 38
PROIECTAREA TROLIULUI DE FORAJ ………………………….. ………………………….. …………………. 38
4.1. Determinarea forțelor în capătul activ al cablului în fazele operației (de ridicare, static,
coborâre) ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 39
4.2. Stabilirea dimensiunilor principale ale tobei de manevră ………………………….. ………………….. 39
4.3 Diagrama de ridicare a troliului ………………………….. ………………………….. …………………………. 42
Calculul eforturilor in ramurile cablului ………………………….. ………………………….. …………………… 42
4.4 Cârligul macaralei ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………….. 45
4.5. Calculul cârligului ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………. 49
4.6 Alegerea rulmentului cârligului ………………………….. ………………………….. …………………………. 57
4.7 Resortul cârligului ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………….. 58
4.8. Calculul resorturilor ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………. 60

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

Verificarea cablului la durabilitate ………………………….. ………………………….. ………………………….. . 63
CAPITOLUL 6 ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. .. 69
PROBLEME TEHNICO -ECONOMICE ȘI REPARAȚII ÎN EXPLOATARE ………………………….. 69
6.1. Aplicarea metodei drumului critic la executia unui troliu de foraj ………………………….. ……… 70
CONCLUZII ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …… 85

6

INTRODUCERE
Petroleum este un cuvânt de origine romană care provine din „oleum petrae― = ulei de piatră
denumire pe care romanii au preluat -o de la egipteni, care descoperă petrol la suprafață în regiunea
munților Golfului Suez, se presupune că în antichitate romanii foloseau petrolul ca lubrifiant la
osiile carelor romane, sau în timpul Bizanțului, acesta era parte componentă a focului grecesc o
armă temută în luptele navale de odinioară.
Petrolul era folosi t si în medicina veche fiind vândut ca leac miraculos universal.
Țițeiul era cunoscut în zona țării noastre încă din secolul I î.Hr., de când datează obiectele
descoperite în cadrul cetății dacice de la Poiana (Nicoresti, Galați ): podoabe din smoală întări tă și
acoperită cu un strat subțire de argint. De altfel, prima rafinărie de petrol din lume a fost construită
în România, în 1856, la periferia orașului Ploiești, în drum spre localitatea Râfov, pe strada Buna
Vestire, nr. 174, de către frații Mehedințean u. Instalațiile rafinăriei erau destul de primitive, toate
utilajele fiind formate din vase cilindrice din fier sau fontă, încălzite direct cu foc de lemne.
Sondele sunt construcții miniere, de forma cilindrica, vertical sau inclinate, caracterizate prin
raport mare intre lungimea (adâncime) si diametru, executate de la suprafața cu instalații speciale,
avand ca scop cercetarea scoarței terestre, punerea in evidenta si valorificarea unor zăcăminte de
substanțe utile.
Prin forare se definește complexul de lu crări necesare realizării unei sonde. Intr -un sens mai
strict, forarea reprezintă operația de dislocare a rocilor si de evacuare la suprafața a fragmentelor de
roca rezultate din dislocare (a detritusului)..
.
Sondele pentru petrol și gaze se forează, pe u scat sau pe mare, cu instalații de foraj. O
instalație de foraj este compusă din grupul de forța pentru acționare, turla cu substructura sa,
sistemul de manevră (pentru efectuarea operațiilor de introducere și extragere în și din sondă a
sapelor, precum și a diferitelor scule și dispozitive, sistemul de rotație (pentru antrenarea garniturii
de foraj în mișcare rotativă) și sistemul de circulație (pentru asigurarea fluidului de foraj în sondă).
Operația de forare propriu zisă este urmată, la anumite interval e de adâncimi, de consolidarea
porțiunii traversate. Aceasta este realizata prin tubare (introducerea in sonda a unei coloane de
tubare). În mod normal, după tubare urmeaza operație de cimentare, prin care se izolează spațiul
inelar din spatele coloanei de tubare.

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

7
În procesul de forare, în funcție de necesități, se execută diferite operații de investigare a
găurii de sondă și a rocilor traversate: carotaj electric radioactiv sau sonic, cavemometrie, măsurători
de deviație etc.
Instalația de foraj este alcăt uită dintr -un complex de utilaje, echipamente și mecanisme, care
îndeplinesc următoarele funcții principale: menevrarea garniturii de foraj și a coloanei de tubare,
pomparea noroiului de foraj și rotirea garniturii de foraj, în cazul forajului cu masă rota tivă.
Utilajele, echipamentele și mecanismele instalațiilor de foraj se grupează în:

 Sistemul de manevră care cuprinde troliul de foraj, geamblacul, macaraua, cârligul, cablul,
toba cap mort și unele anexe;
 Sistemul de pompare și circulație a noroiului ca re cuprinde pompele de noroi manifoldul de
refulare și aspirație a acestora, și complexul pentru prepararea, depozitarea, circulația,
curățirea și recondiționarea noroiului;
 Sistemul de rotire care cuprinde masa rotativă, capul hidraulic, la care se adaugă garnitura de
foraj formată din prăjină de antrenare, prăjinile de foraj, prăjinile grele, sapa și când este
cazul turbine de foraj.
Acționarea instalațiilor de foraj cu Motoare Diesel, este preponderentă, motoarele fiind
montate împreună cu instalațiile l or anexe pe sănii pentru a fi ușor de transportat și montat. Sistemul
de acționare Diesel hidraulic este în prezent cel mai răspândit sistem de acționare, răspunzând
cerințelor de exploatare. Convertizoarele hidraulice de cuplu transmit energia de la arbor ele motor la
arborele condus prin intermediul lichidului, realizând în același timp și o transformare de moment.
Sistemul de manevra al instalațiilor de foraj este ansamblul format din troliul de foraj,
mecanismul macara -geamblac, cârlig și cablu. El asigu ra introducerea și extragerea garniturii de
foraj, susținerea acesteia în timp a forajului, introducerea și susținerea de tubaj, precum și efectuarea
unor lucrări de instrumentație sau cu caracter auxiliar.
Troliul de foraj este elementar sistemului de man evră, care îndeplinește în cadrul instalațiilor
de foraj următoarele funcțiuni:

 Extragerea și introducerea garniturii de foraj, respective introducerea coloanei de tubaj
suspendate în cârligul mecanismului macara -geamblac;

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

8
 Înșurubarea, strângerea, desface rea,deșurubarea pașilor de prăjini, a burlanelor, precum și
adăugarea prăjinilor de foraj;
 Susținerea garniturii de foraj și reglarea apăsării pe sapă în timpul focajului;
 Lucrări auxiliare de ridicare, apropiere și introducere în sonda, operații care se e xecută cu
ajutorul mosoarelor pe care se înfășoară;
 Lucrări de punere în producție, pistonat, lăcărit, carotaj prin prăjini, măsurători care se
execută cu ajutorul tobei de lăcărit;
Ridicarea masturilor rabatabile cu ajutorul cârligului instalației.

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

9
CAPITOLUL 1
CONSTUCTIA INSTALATIEI DE FORAJ
Diferențierea constructivă a instalațiilor de foraj se face în funcție de elementele că:
 adâncimea de foraj pentru care este destinată;
 sistemul de montare și transport;
 sistemul de acționar e utilizat;
 amplasarea terestră sau marină

Instalațiile de foraj utilizează mai multe sisteme de acționare cu scopul de a realiza caracteristici
mecanice în concordanță cu necesitățile forajului. De la bun început, acestea au fost acționate de
mașini cu a bur, sistem care mai târziu a fost înlocuit cu altele cu indici tehnico -economici superiori.
Printre aceștia enumeram:
 motoare termice;
 motoare electrice care pot fi de curent continuu și alternativ;
 turbine cu gaz,care în scopul de a primi caracteristici mecanice cât mai ridicate, a apărut
necesitatea că acestea să fie combinate cu diverse categorii de transmisii, primind astfel
diferite sisteme de acționare

Prin instalație de foraj se înțelege complexul de mașini, utilaje, dispozitive și aparate cu aju torul
cărora se efectuează săparea sondei. Complexitatea componenței unei instalații de foraj este
determinată de scopul și adâncimea forajului și sursa de energie pentru acționare, ceea ce impune ca
principale caracteristici ale acesteia:
• sarcina la c ârlig, determinată de scopul și adâncimea forajului;
• sistemul de acționare determinat de sursa de energie utilizată;
• puterea instalată, determinată de sarcina la cârlig și modul de acționare a instalației de
foraj.
Prin mod de acționare se înțelege m odul de transmitere a fluxului energetic de la grupul de
acționare la principalul utilaj de lucru al celor trei sisteme: troliul de foraj — manevră, Există două

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

10
moduri de acționare:
 acționarea individuală: troliul de foraj, masa rotativă și pompele de noroi sunt
acționate individual, fiecare de către motorul său;
 acționarea în grup (centralizată): troliul de foraj, masa rotativă și pompele de noroi sunt
acționate de la o intermediara care însumează și distribuie puterea motoarelor de acționare.
Există și o variantă în care troliul de foraj și masa rotativă sunt acționate în grup, iar
pompele de noroi, individua numindu -se acționare mixtă .
În cadrul acestor aspecte, instalațiile de foraj se pot clasifica după capacitatea la cârlig (sarcina Fc
sau adâncimea H), modul de acționare, sursa de energie, dependența de o sursă de energie locală,
gradul de mobilitate, în tipurile:
1. după capacitatea la cârlig:

– instalații de foraj ușoare Fc < 800 kN, H < 2 000 m;

– instalații de foraj medii 1 250 < Fc < 2 000 kN, 2 000 < H <4 800 m;

– instalații de foraj grele Fc > 3 200 kN, H > 6 000 m.

2. după modul de acționare:

– instalații de foraj cu acționare individuală:

– instalații de foraj cu acționare in grup (centralizată);

– instalații de foraj cu acționare mixtă.

3.după sursa de energie:

– instalații de foraj cu acționare mecanică

– instalații de foraj cu acționare electrică

– instalații de foraj cu acționare pneumatică

– instalații de foraj cu acționare hidraulică

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

11
– instalații de foraj cu acționare termică

– instalații de foraj cu acționare mixtă.

4.după d ependența de o sursă de energie locală:

– instalații de foraj autonome;

– instalații de foraj neautonome.

5. după gradul de mobilitate:

– instalații de foraj staționare (fixe), care se transportă demontate, reper cu reper;

– instalații de foraj semitransportabile, care se transportă în blocuri mari;

– instalații de foraj transportabile, cu variante montate pe o remorcă (trailer) sau pe un
autoșasiu care se transportă asamblate în totalitate.

O instalație de foraj cuprinde 3 sisteme de lucru principale și mai multe sisteme de lucru auxiliare.
Sistemele de lucru principale sunt:
 sistemul de manevră (SM);
 sistemul de rotatie (SR);
 sistemul de circulație (SC).
Sistemul de manevră (SM) realizează apăsarea pe sapă și operația de manevra a materialului tubular
în sonda.
Sistemul de rotatie (SR) realizează transmiterea mișcării de rotație de la suprafață până la sapă.
Sistemul de circulație (SC) realizează debitul de circulație necesar evacuării detritusului din sonda.
Sistemul de manevră reprezintă unul dintre sistemele principale de lucru ale IF fiind alcătuit
din:
 grupul de forță;
 transmisia mecanică;
 mașina de lucru (troliul de foraj);
 mecanismul macara -geamblac -carlig.

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

12
Mecanismul macara -geamblac -carlig este alcătuit di n:
 geamblac;
 înfășurarea cablului;
 ansamblul macara -carlig.

În general o instalație de foraj se compune din următoarele subansamble:
– turla, mast sau trepied;
– utilajul de manevra: troliu, sistemul geamblac -macara, cablu;
– utilajul de rotire sau utilajul de percuție, la instalațiile mecanice;
– utilajul de circulație a fluidului de foraj la instalabile hidraulice;
– instalabile de forța la instalabile semimecanice si mecanice;
– organe de transmisie, de comanda, de măsură si control.
Simbolizarea instalației de for aj:
Seria nouă: IF 320 3DH, unde:
320 – forță maximă la cârlig exprimata în tone forța ;
3DH – sistemul de acționare (3 motoare diesel cuplate la instalatie fiecare printr -un convertizor
hidraulic de cuplu) .
În România simbolizarea este făcută sub forma: F 320 3DH.

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

13

Fig. 1.1 Reprezentarea troliului de foraj1

1 https://en.wikiped ia.org/wiki/Drilling_rig

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

14
Capitolul 2
DESCRIEREA SONDEI
2.1. Adâncimea sondei
Conform datelor, adâncimea sondei este egală cu:

2.2. Sistemul de acționare
Sistemul de acționare ales este DH (Diesel Hidraulic) .
2.3. Construcția sondei

Fig. 2 .1 Construcția sondei2
Lungimea primei coloane de burlane (de suprafață/ ancorare) trebuie să îndeplinească
următoarea condiție:

(2.1)

2 http://www.creeaza.com/referate/geografie/geologie/ZACAMINTE -DE-PETROL262.php

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

15
Lungimea coloanei intermediare se determină astfel:

Lungimea coloanei de exploatare este egală cu adâncimea totală a sondei:

Măsurile diametr ului fiecărei coloane de burlane sunt:
⁄
⁄

Diametrul sapei ce forează tronsonul intermediar:
⁄

Diametrul sapei ce forează tronsonul inferior:
⁄

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

16
Tabelul 2.1
Coloana
in m
m in mm in mm kg/
m kN/
m in mm kg/
m N/m
Intermediar
ă ⁄ 273 ⁄ 311,
2 ⁄ 171,
4 149,
7 1,5 ⁄ 139,
7 35,7
1 350,
3
Exploatare 7 178 ⁄ 235 ⁄ 171,
4 149,
7 1,5 ⁄ 114,
3 22,3
2 219

Sonda este formată din trei tronsoane de burl ane, numite și coloane. Acestea sunt: coloana de
ancorare, coloana intermediară și coloana de exploatare.

Prin „tubarea sondelor‖ se înțelege complexul de lucrări necesar a fi efectuate pentru
introducerea coloanelor formate din burlane de oțel în găuri d e sondă săpate la o anumită adâncime
și cu un anumit diametru. Scopul tubării sondelor este acela de a realiza următoarele deziderate
principale:
– să ofere posibilitatea izolării între ele a straturilor ce conțin fluide de natură diferită și cu
presiuni dif erite și de a dirija în final producția sondei, după voință;
– să închidă anumite orizonturi care prin natura lor creează dificultăți importante în
continuarea forajului, dificultăți care ar împiedica atingerea adâncimii finale proiectate;
– să formeze un supo rt suficient de rezistent pentru fixarea coloanelor următoare.
Adâncimea de tubare se stabilește în funcție de scopul ce se urmărește prin tubarea coloanei
respective, fapt care determină de altfel și denumirea coloanei. Diametrul coloanei se stabil ește în
funcție de mai mulți factori, între care se menționează: diametrul disponibil al găurii, adâncimea
necesară de tubare și condițiile de lucru cunoscute sau presupuse (estimate).

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

17

CAPITOLUL 3
CALCULUL PARAMETRILOR DEFINITORII AI INSTALAȚIEI
DE FORA J
3.1. Tipuri de instalație de foraj

Instalația de foraj este un complex de utilaje care formează echipamente, sisteme și chiar
instalații ce pot funcționa separat sau unele simultan pentru construcția sondei de foraj cu o anumită
destinație pentru efec tuarea unor operații legate de operația de foraj și asigurarea securității tehnice.

Instalații de foraj acționate diesel-hidraulic

În funcție de adâncimea de lucru, aceste instalații sunt acționate de unul până la patru
motoare diesel, montate în paralel și cu însumarea pu terii într-o intermediară (ansamblu de
transmisii, arbori și cuplaje montat într-o carcasă metalică), care permite dirijarea puterii spre
fiecare utilaj al celor trei sisteme, de unde și denumirea de acționare în grup.
Acționarea în grup permite funcționarea oricărui sistem al instalației de foraj și în cazul
defectării unuia din motoare.
Prin utilizarea transmisiilor hidraulice s-a mărit flexibilitatea acționării cu motoare
diesel.

Componența sistemului de acționare a instalației de foraj diesel-hidraulice
Sistemul de acționare a instalației de foraj termice cuprinde: motoarele diesel,
transmisiile hidraulice, transmisiile intermediare, cutiile de viteze și anexe.

Motoarele Diesel folosite în cadrul acestor instalații sunt în patru timpi, cu supraalimentare, cu 6
sau 12 cilindri, și au în general puterea între 250 și 1100 kW la turații de 1 000 … 1500
rot/min pentru acționarea instalațiilor fixe și 150 …400 kW, la turații de 1 500 ..2 200 rot/min

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

18
pentru acționarea instalațiilor transportabile.
Motoarele diesel sunt utilizate pentru acționarea instalațiilor de foraj sub forma unor grupuri de
foraj formate din motor, instalații de răcire, preîncălzire, pornire, filtrare a aerului, protecție
și avertizare, eșapare a gazelor arse și reținătoare de scântei, toate montate pe o sanie.

Fig: 3.1 Caracteristica externa a motorului diesel
Alegerea instalației de foraj se face în funcție de sarcină maximă la cârlig din tabe lul 3.1:
Instalațiile de foraj R omânești: F320 DH.
Tabelul 3.1. Instalații de foraj

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

19

3.2. Determinarea forțelor nominale la cârlig
Definim forța la cârlig normală ca fiind forța care apare cu probabilitatea cea mai mare în
timpul operației de manevrare a garniturii de foraj. Ea este dată de ce a mai grea garnitură de foraj
care de multe ori este cea mai lungă garnitură de foraj.
Forța nominală se calculează cu formula :
(3.1)
unde:
– forța nominală;
– forța utilă;
– forța dată de manevrarea echipamentului mobil (macara, cârlig, cablu)
.
/ (3.2)
Greutatea moartă este egală cu:

Forța dată de greutatea moartă e ste egală cu:
.
/
Forța utilă de la cârlig se calculează cu relația:
.

/ (3.3)
Greutatea totală de la cârlig în timpul forajului se calculează cu formula:
(3.4)
Greutatea sapei este egală cu:

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

20

Greutatea totală a ansamblului de prăjini de foraj este:

Greutatea prăjinilor grele este:

Lungimea ansamblului de prăjini grele este egală cu:

.
/
.
/
Lungimea asnamblului de prăjini de foraj este egală cu:

Lungimea prăjinii de antrenare este egală cu:

Greutatea totală de la cârlig în timpul forajului este:

Forța utilă de la cârlig este:
.

/ .
/

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

21
Forța nominală de la cârl ig este egală cu:

3.3. Tubarea sondei
Pentru determinarea forței la cârlig la tubare se pot neglija accelerațiile, deoarece tubarea se
face la nivel constant, cu viteze mici.
Din diagrama de tubare VII pentru coloana de ⁄ s-a obținut:
Tabelul 3.3.1. Diagrama de tubare pentru coloana ⁄
⁄ ⁄
1 2 3 4 5 6 7 8
Tronsonarea
începe la…[m] 0 400 700 800 1125 1475 1925 2300
Tronsonarea se
termină la…[m] 400 700 800 1125 1475 1925 2300 2600
Lungimea
tronsonului [m] 400 300 100 325 350 450 375 300
Gradul oțelului N-80 J-55 J-55 J-55 N-80 N-80 P-110 P-110
Grosimea de
perete [mm] 11,43 11,43 10,16 11,43 11,43 12,57 12,57 13,84
Masa unitară
[kg/m] 74,8 74,8 67,1 74,8 74,8 81,8 81,8 89,3
Greutatea unitară
[N/m] 733,79 733,79 658,25 733,79 733,79 802,46 802,46 876,03
Greutatea
tronsonu lui [kN] 293,516 220,137 65,825 238,481 256,827 361,107 300,922 262,809
Greutatea totală
a coloanei [kN] 1999,624

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

22

Fig 3.3.1. Diagrama de tubare pentru coloana de ⁄

Din diagrama de tubare VII pentru coloana de s-a obținut :

Tabe lul 3.3.2 . Diagrama de tubare pentru coloana de
⁄
1 2 3 4 5 6
Tronsonarea începe la…[m] 0 470 1000 1565 2440 3425
Tronsonarea se term ină la…[m] 470 1000 1565 2440 3425 3900
Lungimea tronsonului [m] 470 530 565 875 985 475
Gradul oțelului N-80 N-80 N-80 N-80 N-80 N-80
Grosimea de perete [mm] 10,36 9,19 8,05 9,19 10,36 11,51
Masa unitară [kg/m] 43,2 38,7 34,2 38,7 43,2 47,5
Greutatea unitară [N/m] 423,79 379,65 335,5 379,65 423,79 465,98
Greutatea tronsonului [kN] 199,18 201,21 189,56 332,19 417,43 221,34
Greutatea totală a coloanei [kN] 1560,91

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

23

Fig.3.3.2 Diagrama de tubare pentru coloana de

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

24
3.4. Calculul forței maxi me la câ rlig
Forța la cârlig maximă se determină astfel:
{

3.5. Calculul puterii instalate; determinarea numărului de grupuri de foraj
Schema principală a acționarii sistemelor

Fig.3.5.1 Schema principală a acționării sistemelor 3

Notații:
GF – garnitură de foraj;
SA – sistem de acționare;
SL – sistem de lucru;
SM – sistem de manevră;
SR – sistem de rotatie;
SC – sistem de circulație;

3 http://www.apaforaj.com/foraje%20apa_3.htm

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

25
MA – mod de acționare.
Modalitatea prin care fluxul energetic se transmite de la motoare la procesul tehnologic se
numește mod de acționare.
În practică se stabilesc trei moduri principale dif erite de acționare:
– modul de acționare în grup;
– modul de acționare mixt;
– modul de acționare individual.
Pentru instalația noastră vom alege modul de acționare mixt.

Fig.3.5.2. Modul de acționare mixt

Notații:
– SExt – sursa de energie exterioară;
– M1,2,3 – motoare;
– T1,2,3 – transmisii;

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

26
– TF – troliu de foraj;
– Mr – masa rotativă;
– R – rotor;
– C – cârlig;
– PF1,2 – pompe de foraj;
– PP1,2 – pistoanele pompelor de foraj;
– CH – cap hidraulic;
– PTF – proces tehnologic de foraj.

( ) (3.5)

(3.6)

Puterea minimă la intrarea în masa ro tativă este:

Puterea sistemului de circulație:

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

27
Puterea auxiliară:

Puterea instalată:

3.6. Determinarea numărului necesar de motoare
Se face în fuctie de puterea instalată. La alegerea numărului de motoare se va avea în vedere
că numărul acestora să fie minim.

Numărul necesar de motoare va fi partea întreagă a:

(3.7)

Se alege motorul caterpilar M 32 E cu puterea la motor de 3300 kW.

3.7. Determinarea numărului de trepte de viteză l a manevră și materializarea schemei
cinematice a sistemului de manevră

Se cunosc:

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

28
Numărul de trepte de viteză se calculează cu relația:
.

/
( ) (3.8)
unde:

.

/
( )
Se adopt ă N= 6 viteze.
Calculul vitezelor:

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

29

Fig.3.7.1 Calculul v itezelor a sistemului de manevră

0100200300400500600700800900100011001200130014001500160017001800190020002100
0,00 3,00 6,00 9,00 12,00 15,00 18,00 21,00 24,00FORTA
VITEZA

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

30
Schema cinematică a unei instalații de foraj (și a oricărui alt tip de instalație) reprezintă
modalitatea grafică, prin care sunt reprezentate transmisiile arborilor și elementele care concură la
realizarea funcției cinematice.
Factorul de transmitere „m ‖- reprezintă numărul transmisiilor dintre doi arbori care pot fi
succesivi sau nesuccesivi, în același plan sau în plane diferite.
Grupa de transmitere „w‖ – se formează cu trensmisiile dintre doi arbori succesivi.
Numărul total de viteze „N‖ – poate fi rel izate cu transmisia mecanică la elementul de execuție.
Raportul de transmisie „i‖ este raportul dintre viteză unghiulară la arborele condus și viteză
unghiulară la arborele conducător:

(3.9)
z- numărul de dinți ai roții de lanț.
Raportul parțial de transmitere – raportul de transmitere al unei transmisii:

(3.10)
Relația structurală – arată legătura dintre grupele de transmitere:

Schema cinematică a sistemului de manevră este următoarea:

Fig.3.7.2 Schema cinematică a sistemului de manevră4

4 http://www.creeaza.com/tehnologie/electronica -electricitate/Scheme -cinematice798.php

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

31
Linia de cuplare – totalitatea transmisiilor care sunt folosite pentru reali zarea unei viteze.
Identitate logică – reprezentarea logică a funcționării cuplajelor.
Dezvoltarea logică – obținerea liniilor de cuplare.

3.8. Alegerea geamblacu lui de foraj

Geamblacul, montat în vârful mastului sau turlei constituie partea fixă a mecanismului macara
– geamblac și este format dintr -un număr de roți pentru cablu, care se rotesc liber pe rulmenți,
aceștia fiind montați la rândul lor pe una sau mai multe axe sprijinite pe suporți. Prima dintre roțile
geamblacului realizează trecerea capătului activ al cablului de la toba de manevră peste față
mastului sau turlei, iar ultima roata a geamblacului asigura trecerea capătului mort al cablului la toba
cap mort.
Amplasarea roților este în așa fel făcută încât să fie evitat contactul dintre cablu și alte
elemente ale mastului sau turlei, precum și schimbările de direcție ale cablului care să producă
sărirea cablului de pe roți.

Construcție

Tipul cel mai înt âlnit de geamblac este tipul cu ax unic, cu roțile în linie, care este sprijinit pe
doi suporți situați la capete. Suporții se pot sprijini fie direct pe un element de coroană mastului sau
turlei sau pe un cadru propriu care se sprijină la rândul lui pe el ementul de coroană.
Se întâlnesc și construcții de geamblacuri având una din roți înaintașă prin care se realizează
trecerea cablului în interiorul mastului sau turlei.
Roțile gemblacului sunt destinate înfășurării cablului de manevră, respectiv cablului d e lăcărit.
Roțile pentru cablul de manevră de la geamblac sunt i dentice cu roțile de la macara.

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

32

Fig.3.8 Geamblacul de foraj
3.9. Alegerea ansamblului macara – cârlig

Fig. 3.9 Ansamblu macara -cârlig 5

Mecanismul macara – cârlig este alcătuit din mac ara- cârlig, înfășurarea cablului și
geamblacul de foraj.
Ansamblul macara – cârlig reprezintă modul în care este atașat cârligul prin intermediul unui
sistem de amortizare al șocurilor și vibrațiilor.
Macaraua este partea mobilă a mecanismului macara – geamblac, formată dintr -un număr de
roți identice în general ca diametru, tip și construcție, dar cu una mai puțin. Macaraua execută o

5 https://www.india mart.com/proddetail/traveling -block -and-hook -5804742262.html

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

33
mișcare de ridicare și coborâre pe verticală în interiorul mastului sau turlei și trebuie să prezinte
colțuri sau proeminen te care să faciliteze agățarea în timpul mișcării sale.
Cârligul este elementul sistemului de manevră care, completând macaraua și formând adeseori
împreună cu acesta un singur bloc macara – cârlig îndeplinește următoarele funcții:
– susține în timpul operaț iilor de extragere – introducere, garnitură de foraj prin intermediul
chiolbașilor și al elevatorului de prăjini;
– susține în timpul tubajului coloana de tubaj prin intermediul de foraj care au prevăzut acest
sistem;
– ridică diferite greutăți și asigură mani pularea prăjinii de avansare;
– ridică în timpul montajului și demontajului diferite utilaje și piese grele;
– participă la operația de ridicare și coborâre a masturilor rabatabile, la instalațiile .

Mecanismul macara – cârlig prezintă simetrie geometrică, d ar nu prezintă simetrie dinamică și
cinematică.
Elevatorul se mai numește și broasca cu pene. Se folosește pentru introducerea coloanei de
burlane.
Chiolbașii sau brațele de elevator sunt scule care fac legătura între cârlig și elevator, ele
existând și fu ncționând întotdeauna perechi. Pentru realizarea legăturii, chiolbașii au formă de za
alungită pentru sarcini mici (tip ușor), sau în formă de bara prevăzută la capete cu ochiuri pentru
sarcini medii și pentru sarcini mari (tip greu).Pentru introducerea uș oară, în special pe umerii
elevatoarelor, capetele sunt curbate în plan perpendicular.
Aceștia susțin elevatorul, fie de prăjini de foraj, fie elevatorul cu pene pentru coloana de
burlane, fixându -se la rândul lor prin ochiurile superioare pe umerii cârlig ului. Ei se livrează, se
păstrează și se utilizează în pereche.

Există 3 tipuri în funcție de sarcină de lucru:
– ușor , în formă de za, pentru sarcini până la 870 tf;
– mediu , în formă de bară cu 2 ochiuri la cele 2 capete, pentru sarcina de 125 tf;
– greu . pentru sarcini >200 tf.

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

34
Când cablul de foraj prezintă semne de uzură este necesară înlocuirea lui. Pentru o operație
mai ușoară de înlocuire se procedează astfel: pe toba moartă se afla înmagazinată o cantitate de
cablu care nu a lucrat, deci este neuzat. Se va debloca, deci toba moartă și va trage de manevră o
cantitate de cablu corespunzătoare lungimii celui care funcționează.

3.10. Alegerea cablului de foraj

Fig. 3.10 Cablu de foraj 6

Cablul este un ansamblu format din fir e din oțel de rezistență ridicată și de dimensiuni cu
tolerante restrânse, înfășurate cu precizie într -o anumită construcție în așa fel încât să funcționeze
într-o concordanță perfectă.
Elementul de bază al cablului îl formează firele individuale. Acestea, răsucite într -un toron sau
vita care reprezintă un mănunchi de sârme grupate prin înfășurare în jurul unei sârme centrale sau

6 http://www.petroleumhistory.org/OilHistory/pages/Cable/cable.html

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

35
inimi. Înfășurarea este un proces asemănător întrucâtva cu împletirea, deoarece firele sunt așezate în
toron și nu torsio nate. După așezarea în toroane, acestea sunt la rândul lor înfășurate în jurul unei
inimi pentru a forma cablul compus.
Inima cablului poate fi realizată din fire vegetale, din material plastic sau dintr -o sârmă,
respectiv un toron independent din o țel. Inima independenta constituită dintr -un toron de cablu este
cea mai folosită, deoarece prezintă o mare rezistență la strivire și deformare.
Cablul la care toroanele care se înfășoară împreună sunt formate anterior într -o formă elicoidala
se nu mește cablu preformat.Acesta nu diferă ca aspect de cablul nepreformat dar are avantajul că în
stare neîncărcata nu este tensionat fiind astfel mai ușor de manevrat. Preformarea are ca efect
atenuarea vibrațiilor cablului în funcționare, posibilitatea înfă șurării mai strânse a cabluluisi se
evidențiază prin faptul că după tăiere, firele și toroanele nu se desfac.
Toroanele și cablurile sunt caracterizate și prin pasul înfășurării, distanta măsurată paralel cu
axa între 2 puncte consecutive în care o spiră întâlnește aceeași generatoare a cilindrului pe care -l
reprezintă cablul sau toronul. Pasul se exprimă în mod curent ca un multiplu al diametrului.
Există 3 tipuri de cabluri de construcție combinată:
– Seale
– Filler
– Warrington

Alegerea cablului se face după determinarea diametrului cablului cu formula:
Sarcina efectivă de rupere:
{

( )

, – √

( )

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

36

( )

( )

{

În functie de acesta s -a ales tipul cablului ca fiind SEALE 6×19.

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

37

Profilul canalului de cablu trebuie să corespundă următoarelor cerințe :
– să permită înfășurarea cablului pe roata, de la intrare până la ieșire, cu minimum de frecări,
chiar dacă el nu se afla în planul median al roții (din cauza unghiului de deviere r espectiv în cazul
balansării macaralei);
– să reducă la minimum turtirea cablului pe fundul canalului datorită unui profil apropiat de
conturul cablului;
– să fie neted, concentric și cu planul median normal față de axă de rotație a roții.

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

38
CAPITOLUL 4
PROIECTAREA TROLIULUI DE FORAJ

Troliul este elementul principal al utilajului de manevră, el fiind o mașina de ridicat prevăzută cu un
element de înfășurare (toba) pe care se rulează cablul care susține și actionează macaraua.
Pentru tr oliul de foraj mai sunt importante si alte caracteristici:
-numărul de tobe:
-numărul de arbori:
-numărul si tipul transmisiilor:
-caracteristicile tobei de manevra.
Funcțiile troliului de foraj:
– introducerea si extragerea garniturii de forai:
– adaugare a pașilor:
– introducerea coloanei de tubare;
– introducerea diferitelor scule pentru instrumentație în sonda
– înșurubări si desurubari de filete:
– realizarea apasarii pe sapa;
– punerea în producție:
– manevrarea diferitelor greutăți la podul de lucru a l sondei:
– la instalațiile cu turla rabatabila, rabaterea se face cu troliul de foraj.

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

39
4.1. Determinarea forțelor în capătul activ al cablului în fazele operației (de ridicare, static,
coborâre)

( )
( 4.1)
La ridicare:

( )

Static:

La coborâre:
.
/ .
/
.
/ (4.2)
.
/ .
/
.
/

4.2. Stabilirea dimensiunilor principale ale tobei de manevră
Toba de manevră este elementul principal al troliului de foraj care se montează pe arborele
tobei de manevră și este folosită pentr u înmagazinarea cablului de manevră.
Dimensiunile funcționale ale tobei de manevră se aleg în funcție de diametrul cablului de
manevră.

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

40

– diametrul tobei de manevră, se recomandă să aibă o valoare cuprinsă între 28 -30 ori diamerul
cablului.

– lungimea tobei de manevră

– lungimea totală a cablului care se înfășoară pe tobă
( ) ( )

B
B
Lt
Dt
Df

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

41

Numărul de spire pe un val:

Numărul de valuri active:
( ) √( )

( ) √( )

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

42
4.3 D iagrama de ridicare a troliului

Calculul eforturilor in ramurile cablului

a) Cazul ridicării

Calculul forțelor ce solicită sistemul macara -geamblac se face in cazul cel mai defavorabil , deci in
cazul prinderii garn iturii de prajini.

Efortul in capul activ al cablului se calculează cu relația :

(4.3)

În care :

∑
(4.4)

( ) (4.5)

∑
( )

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

43

Forțele din cablu sunt :

11223456
5
4
3Ft
Fo
F1F1 F2
F2 F3F4
F4F5
F5F6
F6F7
F7F8
F8F9
F9F10
F10F11F3
Fig. 4.3 Înfășurarea cablului

( )( )
( ) ( ) ( )
( )

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

44

b) Cazul stării de repaus

Admitând ca rolele sunt montate pe rulmenții ce nu au frecare în stare de repaus rezultă că eforturile
în toate ramurile cablului sunt egale :

( 4.6)

unde :

m – numărul de role la macara, m=5.

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

45
c) Cazul coborârii

Calculul forțelor în cazul coborârii nu mai este necesar datorită faptului că forța maximă în cazul
turbării ( atunci când macaraua coboara ) este mai mic decât forța maximă în cazul prinderii
garniturii de foraj. În cazul coborârii , sarcina va fi maximă iar va fi minimă.
4.4 Cârligul macaralei

Dimensionarea și verificarea tijei cârligului

Tija cârligului este o piesă de mare răspundere în cadrul ansamblului macara -geamblac. De aceea ea
se confecționează din oțel aliat 41MoCr11 , conform STAS 771 -80 , cu următoarele caracteristici :

Secțiunile cele mai solicitate ale tijei de la o construcție la alta , în funcție de forma sa constructivă .
Eforturile principale apar la întindere pentru sarcina maximă de lucru. Secțiunea minimă a tijei este
de obicei regiunea filetată care este solicitată pulsator în regim nestaționar.

Fig. 4.4 Tija cârligului

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

46
Se va calcula dimensiunea tijei D , d pe baz a calculelor de rezistență la sarcina maximă de întindere
, verificandu -se și la oboseală.

1. Predimensionarea la forța maximă de întindere :

Unde :

√
√

D = d + (5…10) mm = 50 + 10 = 60 mm

2. Verificarea la oboseală

Tensiunea medie echivalentă este :

(4.7)

Unde : este coeficient de echivalență , se recomandă ( ) , se adoptă

este apăsarea pe sapă ,

este efortul unitar la ciclu pulsator ;

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

47

.
/

(4.8)

Unde :
– este amplitudinea ciclului ;
– este efortul unitar mediu ;
– este coeficientul de concentrare a tensiunilor ;
– este coefici entul dimensional ;
– este coeficientul de stare a suprafeței.

(4.9)

(4.10)

În care este coeficientul de echivalență la solicitarea pulsatorie :

√( )
( ) ( )
√( )
( ) ( )

cicluri ;
𝛌 = 1 ;
p = 6…12 , se aleg p = 9 ;
A = 2,03 ;

b = 2 ;
B = 1 ;

;

;

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

48

.
/

Unde : este coeficient de concentrare a tensiunii pe filet , – pentru oțel aliat.

Unde :

; se adoptă .

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

49
4.5. Calc ulul cârligului

Cârligul este partea sistemului de manevră, care completând macaraua și formând uneori împreună
cu aceasta un singur bloc, macaraua -cârlig îndeplinește următoarele funcții :
– Susține în timpul forajului ciocul cârligului propriu -zis prevăzu t cu sistem de blocare,
garnitura de foraj prin to arta capului hidraulic precum și alte greutăți ;
– Susține umerii cârligului propriu -zis prevazuți cu edise de închidere , prin intermediul
chiolbașilor și al elevatorului în timpul operației de extragere și introducere a garniturii de
foraj în timpul turbajului , coloana de tubaj ;
– Ridică în timpul montajului și demontajului diferite utilaje și piese grele , ia parte la operația
de ridicare și coborâre a masturilor rabatabile.

Cârligele de foraj sunt de obic ei de tipul triplex , permițând suspendarea toartei capului hidraulic în
gura principală (ciocul cârligului ).

Cârligul propiu -zis realizat în execuție turnată prezintă în secțiune un gol , având dimensiuni mai
mari decât secțiunea prăjinii , care permite ca întreg ansamblu să poată aluneca peste pas. În acest
scop cârligul trebuie să aibă muchii rotunjite și suprafețe înclinate.

Parametrul principal al cârligului este capacitatea de lucru definită prin sarcina maximă ce poate fi
aplicată la cârlig.

Capac itatea de lucru a cârligului se face conform teoriei barelor curbe , determinându -se eforturile
unitare maxime ce apar în secțiunea situată în planul perpendicular pe linia de aplicare a sarcinii
trecând prin centrul curburii.

Secțiunea principală a cârli gului este în formă de U , cu laturile evazate și cu pereți de grosime
egală. Pentru confecționarea cârligului s -a ales cu material T35MoCrNi08 care conform STAS
1773 -76 , are următoarele caracteristici mecanice :

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

50

Pentru secțiunea 1 -1 , calculul se face aplicând teoria barelor de mare curbura. În secțiunea 2 -2 ,
calculul se face folosind teoria elasticității pentru determinarea eforturilor unitare. Pentru calculul
bării de mare curbură din figura 4.5 .1 , s -a ales forma constructivă în grafic , mărită de 5 ori :

Fig. 4.5.1 Secțiune transversală prin cârlig

Unde : h este înălțimea șablonului ; h = 230 mm

b – deschiderea cârligului ; b = 200 mm ,
, l = 30 mm , e = 130 mm.

Distanța de la punctul interior al cârligului la centrul de greutate se calculează cu relația :

∫

∫

(4.11)

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

51
Unde: A este aria secțiunii determinată prin planimetrare ;

se calculează grafic , ca aria de sub curbă f(x) = 2xy ;

∫
.(4.12)

Pentru determinarea lui se împarte axa Ox într -un număr arbitrar de diviziuni care se duc paralele la
Oy. În sistemul xoy se iau în ordonată distanțe egale cu produsul xy , unde x este distanța pe abscisă,
iar y este lu ngimea delimitată pe conturul secțiunii ( valorile lui y se iau in considerare fară goluri ).
Punctele astfel obținute se unesc printr -o linie continuă iar mărimea suprafețelor A si se
determina prin planimetrare.

Aria secțiunii obținute prin plan imetrare este A = 352 .

(4.13)

Pentru a determina suprafața ajutătoare în grafic , axa absciselor se împarte într -un număr arbitrar
de diviziuni prin care se duc paralel la ordonată , înlocuind în tabelul următor :

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

52

Tabelul 4.5
Nr. crt. y [mm] x[mm] 2y[mm] 2yx[ ]
1. 10 79 158 1580
2. 20 86 172 3440
3. 30 89 178 5340
4. 40 90 180 7200
5. 50 90,5 181 9050
6. 60 91 182 40920
7. 70 90,5 183 12810
8. 80 92 184 14720
9. 90 95,5 185 16650
10. 100 93 186 18600
11. 110 71 142 15620
12. 120 66 132 16640
13. 130 64 128 18900
14. 140 63 126 19680
15. 150 61,5 123 20740
16. 160 61 122 20400
17. 170 60 120 21240
18. 180 59 118 22040
19. 190 58 116 22800
20. 200 56 114 23520
21. 210 55 112 24200
22. 220 54 110 24200
23. 230 53 70 16100

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

53

Aria obținută prin planimetrare = >

∫ ∫

Cunoscând poziția punctului : centrul de greutate , pentru determinarea coeficientului de forma
K se folosesc suprafețele ajutătoare și care se determina grafic prin planimetrare.

K =
( – ) =
( )

În care :
– este suprafața determinată de Oy și curba lui Tolle din stânga lui G : ;
– este aria suprafeței de curba lu Tolle și axa Oy în partea dreaptă lui G : ;
– .

Calculul coeficientului de siguranță :

Se calculează eforturile unitare maxime cu relațiile :

– efortul unitar la întindere

( )

– efortul la compresiune

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

54

Dimensiunile cârligului sunt :

–
–

–
–
–
–
–
–
Dimensionarea tensiunilor și verificarea dimensiunilor în secțiunea 2 -2 :
În secțiunea 2 -2 , adoptându -se schema de încărcare din figură 8.2 , calculul se face folosind teoria
elasticității care ne dă în acest caz re zultate aprop iate de realitate.

Fig. 4.5.2. Modelul de calcul al ciocului cârligului

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

55

Folosind teoria elasticității valorile tensiunilor sunt :

.

/ (4.14)

.

/ (4.15)

( ) (4.16)

Unde : este momentul d e inerție axial al secțiunii cal culat pentru o lățime unitară

q este raportul între și :

( )
( )

.

/
y =

y =

y = 0

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

56

Diagramele de eforturi sunt :

Fig. 4.5.3. Diagrama de eforturi a ciocului cârligului

Eforturile în punctele 1,2 și 3 sunt :

| | | |

| | | |

| |

Unde se calc ulează cu relația :

√ .
/
√ .
/
(4.17)

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

57
4.6 Alegerea rulmentului cârligului

Rulmentul cârligului se alege pe baza capacității statice , din condiția :

( )
Unde :

este capacitatea statică obținută prin calcul ;

este capacitatea statică ci tită din catalogul de rulmenți ;

S este coeficient static de siguranță : s = 2,2 ;

este sarcina maximă la cârlig

Se alege rulmentul axial cu următoarele caracteristici :

– Diametrul interio r : d = 260 mm ;
– Diametrul exterior : D = 240 mm ;
– Înălțimea rulmentului : H = 95 mm ;
– Capacitatea statică : ;
– Capacitatea dinamică : C = 1698 kN .

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

58
4.7 Resortul cârligului

Stabilirea datelor de proiectare
Calculul resorturilor se face p entru o sarcină sub sarcina max imă , iar peste această sarcină , placa
superioară se așează pe un prag care preia surplusul de sarcină.

Încărcarea minimă a resorturilor este :

Unde :
– este greutatea cârligului : ;
– este greutatea elevatorului : ;
– este greutatea chiolbașilor : .

Încărcarea maximă a resortului este :

Unde :

– este greutatea unui pas de prăjini grele

Cursa de lucru se determină cu relația :

( )

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

59
Unde :
– este lungimea racordului special pentru prăjini de
în .

Fig. 4.7.1. Resortul cârligului

Forțele cu care se încarcă cele două arcuri se determină din condițiile :

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

60

Unde : este alungirea ( comprimarea ) resorturilor.

.
/

Se admite :

.
/

4.8. Calculul resorturilor

Materialul ales este : ARC2 STAS 795 -80 cu următoarele caracteristici :

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

61
Diametrul sârmei se calculează cu relația :

√
(4.19)
Unde : k este coeficientul ce depinde de indicele arcului.

( )

√
√

Se adoptă :

√
√

Se adoptă :

Se adoptă :
Verificarea arcurilor :

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

62
Verificarea arcurilor se face cu relația :

Numărul de spire se determină cu relația :

( ) (4.20)

Unde G este modulul de elasticitate transversal : .

( )
( )

( )
( )

Pentru obținerea unei suprafețe sigure de reazem se adaugă 0,75 spire pentru și 1,25 spire
pentru :

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

63
Lungimea totală a resortului comprimat este :

( )

( ) ( )

( ) ( )

Verificarea cablului la durabilitate

Problema durabilității cablului are o importanță din punct de vedere econo mic fiind însă complexă,
datorită numărului mare de factori de care depinde.
Criteriile de apreciere ale durabilității sunt :
– Durata de funcționare a cablului până la scoaterea din funcționare; acest criteriu nu este
concludent pentru că nu ține seama de c ondițiile de funcționare, în special în regimul de
încărcare;
– Lucrul mecanic efectuat prin intermediul cablului;
– Numărul de inflexiuni.

În cele ce urmează se va utiliza criteriul lucrului mecanic efectuat de cablu :

a) Calculul la manevrarea prajinilor de f oraj

Lucrul mecanic , , efectuat de cablu la o manevra completă de extragere și introducerea garniturii
la o anumită adâncime , este dat de relația :

{ ( ) [ ( ) ]} (4.21)

Unde :
L – lungimea garniturii de foraj

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

64
l – lungimea unui pas : l = 27 m
– greutatea moartă :
– lungimea prajinilor grele :
– greutatea prajinilor grel e cufundate în noroi : .
/

Unde : este densitatea noroiului :

este densitatea oțelului :

.
/

Având programul de tubare stabilit se calculează :

1. Pentru coloana de ancorare :

* ( ) , ( ) -+

2. Pentru coloana intermediară I :

* ( ) , ( ) -+

3. Pentru coloana intermediară II :

* ( ) , ( ) -+

4. Pentru coloana de exploatare :

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

65
* ( ) , ( ) -+

Lucrul mecanic total la manevră , va fi :

∑

b) Calculul lucrului mecan ic de tubare

La tubare , lucrul mecanic efectuat se determina cu relația :

* ( ) + ( 4.22)

Unde :
L – lungimea coloanei
– greutatea moartă
– greutatea pe metru liniar a coloanei cufundate în lichid : .
/

1. Pentru coloana de ancorare :

* ( ) +

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

66
2. Pentru coloana intermediară I :

* ( ) +

3. Pentru coloana intermediară II :

* ( ) +

4. Pentru coloana de exploatare :

* ( ) +

Lucrul mecanic total la tu bare este :

∑

c) Calculul lucrului mecanic la forajul propriu -zis

În timpul forajului propriu -zis de la adâncimea la , lucrul mecanic efectuat pri n intermediul
cablulul , este dat de relația :

( ) (4.23)

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

67

În care : și reprezintă lucrul mecanic de manevră de extragere/introducere pentru lungimea
, .

1. Pentru coloana de ancorare :

2. Pentru coloana intermediară I :

( ) ( )

3. Pentru coloana intermediară II :

( ) ( )

4. Pentru coloana de exploatare :

( ) ( )

Lucrul mecanic total la forajul propriu -zis este :

∑

d) Lucrul mecanic total se calculează cu relația :

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

68
Lucrul mecanic de durabilitate este :

Se adoptă

Numărul de cabluri se det ermină cu relația :

Se adoptă i = 3 cabluri .

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

69
CAPITOLUL 6
PROBLEME TEHNICO -ECONOMICE ȘI REPARAȚII ÎN
EXPLOATARE

În cadrul sistemului de manevră un rol important îl are sistemu l macara -geamblac. Pentru a asigura
buna funcționare și amortizarea vibrațiilor cablului , sistemul de manevră se completează cu un
depănă tor de cablu.

Dintre elementele sistemului , rolele și mai ales canalul pentru cablu se uzează cel mai repede.
Canalu l uzat provoacă stricarea și abraziunea , în special a cablului nou. Din acest motiv este
necesar controlul cu ajutorul șabloanelor a dimensiunii canalului la rolele noi și la cele
recondiționate după uzare.

Deoarece prima rola a geamblacului lucrează în cele mai grele condiții , este important ca după un
anumit timp de funcționare , geamblacul sa fie rotit la .
Se recomandă ca această operație să se execute după fiecare sonda sapată.

Dintre normele de protecție a muncii , care se cer a fi respect ate , se amintesc următoarele :

– Se interzice circulația în instalație fără echipament de protecție ;
– Atenție în timpul operațiilor ce se efectuează în instalație ;
– Funcționare ușoară și sigură a dispozitivelor de blocare a rotirii cârligului ;
– Existența ș i funcționarea siguranței cârligului ;
– Apărătorile macaralei să fie în stare bună.

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

70
6.1. Aplicarea metodei drumului critic la executia unui troliu de foraj

Produsul supus analizei este troliul de foraj TF -38 din componența instalațiilor F -320-2EC.
Troliul de foraj este cel mai complex produs din punct de vedere al execuției și al numărului de
repere, având și o poziție proritară la montajul și probele instalației de foraj.
Realizarea acestui produs începând de la aprovizionarea cu materiale și semifab ricate până
la livrarea lui secției de Montaj reprezintă un „proiect complex‖ în sensul analizei drumului critic.
Analizând structura proiectului au rezultat 135 de activități. În tabelul 8.1. nu au mai fost
prezentate activitățile caracteristice pentru mo ntarea frânei tobei de manevră, montarea
dispozitivului de comandă cu crabot și montarea frânei electromagnetice FE –
1400, dar duratele optimiste, pesimiste și probabile ale acestora sunt cunoscute din datele
puse la dispoziție de un fabricant din domeniu și se calculează în același mod ca și celelalte
subansamble ale troliului.
Calculul termenelor activităților s -a făcut direct pe rețea, pe baza algoritmului prezentat
anterior. Cu această ocazie se determină drumul critic (activitățile care nu suferă amâna re) și se
îngroașă pe desen. Activitățile situate pe drumul critic sunt definite de nodurile 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 9,
11, 57,
72, 87, 91, 94, 122 și 123.
Rezultatele evaluării pentru activitățile troliului de foraj TF -38 supus analizei drumului
critic prin metoda CPM/PERT sunt prezentate mai jos.

.

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

71

Denumirea activității Codul
activități
i

Activități
direct
precedent e
Durata estimată a activității
(ore)

Durata
medie a
activității tij

Nr. de
schimbu ri
ks

Nr. de zile
lucrătoare z

i

j
optim aij proba bil

mij pesimi
st
bij
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Apro vizionare tablă și profile pent ru
șasiu troliu
1
2
–
72
120
144
124
3
5,2
Trasat, deb itat, asamblat în
pachet pentru prelucra-re perete
șasiu

2

3

(1,2)

12

16

24

16,7

1,5

1,4
Prelu crat prin frezare perete de
șasiu
3
5
(2,3)
4
6
10
6,7
3
0,3
Trasat, deb itat, polizat rep ere
din subansamblul sanie
2
4
(1,2)
6
8
10
8
1,5
0,7
Asamblat prin sudură
subansamblul sanie
4
5
(2,4)
20
24
36
25,2
1,5
2,1

Asamblat șasiu troliu
5
6 (3,5)
(4,5)
32
36
40
36
1,5
3
Suda t, curățat, redresat, prob at,
controlat șasiu troliu
6
7
(5,6)
168
200
240
201
3
8,4

Sablat și vopsit șasiu troliu
7
8
(6,7)
14
18
24
18,4
2
1,2

Prelu crat mecanic șasiu troliu
8
9
(7,8)
135
145
160
146
3
6,1
Trasat, găur it și ajustat șasiu
troliu
9
11
(8,9)
20
24
32
24,7
3
1

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

72
Apro vizionare semifabricate
pentru instalația pneumatică și instalația
de unge re

1

10

–

16

24

28

21,4

1,5

1,8
Prelu crări mecanice instalația
pneu matică și instalația de ungere
10
11
(1,10)
12
16
18
17
2
1,1
Montat instalația pneumatică și instalația
de unge re pe șasiului troliului
11
57
(9,11)
(10,11)
22
25
30
25,4
3
1,1
Apro vizionare cu semifabricate
pentru arbor ele tobei de
manevră

1

12

–

192

192

264

204

3

8,6
Prelu crări mecanice de
degroș are arbore
12
13
(1,12)
15
16
17
16
3
0,7
Prelu crări mecanice de finisare
înainte de controlul ultrasonic la arbo re

14

15

(13,14)

16

17

18

17

3

0,7

Control ul trasonic la arbore
15
16
(14,15)
1
3
16
5
3
0,2
Prelu crări mecanice de finisare după
controlul ultrasonic la arbore

16

21

(15,16)

33

35

40

34

3

1,4
Prelu crări mecanice de
degroș are butuc
12
17
(1,12)
11
12
13
12
3
0,5
Prelu crări mecanice de
degroș are cilindru tobă
12
18
(1,12)
13
14
15
14
3
0,6

Sudat bu tuci și cilindrul tobă
18
19 (12,17)
(12,18)
8
10
12
10
2
0,6
Detensionat termic ansamblul
sudat
19
20
(18,19)
16
24
40
25,3
3
1

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

73
Prelu crări mecanice de finisare an samblu
tobă
20
21
(19,20)
55
56
57
56
3
2,3

Asamblat toba pe arbore
21
26 (16,21)
(20,21)
6
10
14
10
3
0,4
Prelu crări mec. de degroș are
tamburi
12
22
(1,12)
14
15
16
15
3
0,6
Sudat manta, detensionat,
probat
22
23
(12,22)
24
36
40
35
3
1,4
Prelu crări mecanice de finisare
tamburi
23
24
(22,23)
9
10
11
10
3
0,4
Tratament termic CIF pentru
tamburi
24
25
(23,24)
16
24
30
24
3
1
Prelu crări mecanice de finisare
după CIF
25
26
(24,25)
17
20
24
20
3
0,8

Montat tamburi pe arbore
26
28 (21,26)
(25,26)
8
10
14
10
3
0,4
Debitat, vălțuit, trasat, sudat
manșonul spiralel
12
27
(1,12)
32
36
40
36
1,5
3
Prelu crări mecanice repere de la manșon
spiralel
27
28
(12,27)
80
83
85
83
3
3,5
Montat manșon spiralel pe
arbore
28
29 (26,28)
(27,28)
40
50
60
50
3
2,1
Echilibrat dina mic ansamblul arbore –
tobă-tamburi-manșon
29
40
(28,29)
8
10
12
10
3
0,4
Racorduri mecanice de
degroș are roată de lanț
12
30
(1,12)
15
16
18
16
3
0,7
Danturat ro ată 30 31 (12,30) 20 24 48 27,4 3 1,1

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

74

Tratament termic CIF roată
31
32
(30,31)
6
10
16
15
3
0,6
Prelu crări mecanice de finisare roa ta de
lanț
32
33
(31,32)
4
5
6
6
3
0,2
Pregăur it și alezat pentru
asamblare roata de lanț
33
36
(32,33)
6
7
8
7
3
0,3
Prelu crat mecanic tambur (din
subansamblul viteză reped e)
12
34
(1,12)
20
23
24
22,7
3
0,9

Tratament termic CIF tambur
34
35
(12,34)
6
24
30
22
3
0,9
Pregăur it și alezat pentru
asamblare tambur
35
36
(34,35)
6
7
8
7
3
0,3
Asamblat roata de lanț și
tambur
36
37 (33,36)
(35,36)
6
8
10
6
3
0,2
Echilibrat dina mic ansamblul
roată de lanț + tambur
37
38
(36,37)
4
6
8
6
3
0,2
Rectificat ansamblul roată de
lanț + tambur
38
39
(37,38)
7
8
9
8
3
0,3
Montat în ansamblu roata de
lanț + tambur, capace, bucși
39
40
(38,39)
2
4
6
4
3
0,2
Montat subansamblul viteză
repede pe arborele tobei de
manevră

40

51
(29,40)
(39,40)

6

8

10

8

3

0,3
Prelu crări mecanice de
degroș are roata de lanț
12
41
(1,12)
14
15
16
15
3
0,6
Danturat roata de lanț 41 42 (12,41) 20 24 28 24 3 1
Tratament termic prin CIF roata
de lanț
42
43
(41,42)
6
16
24
15,7
3
0,7

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

75
Prelu crări mecanice de finisare la roata de
lanț
43
48
(42,43)
7
7
8
7,2
3
0,3
Prelu crări mecanice casetă 12 44 (1,12) 14 15 16 15 3 0,6
Pregăur it în vederea asamblării
caseta
44
47
(12,44)
2,5
3
3,5
3
3
0,1

Prelu crări mecanice tambur
12
45
(1,12)
22
23
25
23
3
1
Tratament termic prin CIF
tambur
45
46
(12,45)
16
24
30
24
3
1
Pregăur it în vederea asamblării 46 47 (45,46) 4,5 5 5,5 5 3 0,2
Asamblat tambur cu caseta
găurit și alezat
47
48 (44,47)
(46,47)
4
4,5
5
4,5
3
0,2
Asamblat roată de lanț + casetă și tambur
48
49 (43,48)
(47,48)
6
8
10
8
3
0,3
Echilibrat dina mic ansamblul
roată de lanț + tambur
49
50
(48,49)
4
6
8
6
3
0,2
Rectificat ansamblul roată de lanț +
casetă + tambur
50
51
(49,50)
7
8
9
8
3
0,3

Montat ansamblu viteză încet
51
56 (40,51)
(50,51)
2
3
4
3
3
0,1
Debitat, sudat, vălțuit repere
ambreiaj ventilat
12
52
(1,12)
16
17
18
17
1,5
1,1
Prelucrări mecanice repere de
la ambreiaj ventilat
52
53
(12,52)
3
4
5
4
3
0,2
Asamblat, sudat, redresat manta de la
ambreiaje ventilate
53
54
(52,53)
3
6
8
8
1,5
0,5
Prelu crări mecanice repere din
cadrul ambreiaj ului ventilat
54
55
(53,54)
38
39
42
39
3
1,6

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

76
Asamblat subansamblul
ambreiaj ventilat
55
56
(54,55)
12
16
18
15,4
3
0,6
Montat ambreia je ventilate pe
arborele tobei de manevră
56
57 (51,56)
(55,56)
6
8
10
8
3
0,3
Montat arb orele tobei de
manevră în șasiul troliului
57
72 (11,57)
(56,57)
40
50
60
50
3
2,1
Apro vizionare cu semifabricate pent ru
arbore de intrare
1
58
–
192
192
264
201
3
8,5
Prelu crare mec. de degroș are
arbore
58
59
(1,58)
7,5
8
9,5
8
3
0,3
Control ul trasonic US 1 la arbore
59
60
(58,59)
1
3
16
6,5
3
0,3
Tratament termic de
îmbună tățire arbore
60 6
1
(29,60)
48
48
60
50
3
2,1
Prelu crare finisare înainte de
US arbore
61 6
2
(60,61)
13
14
15
14
3
0,6

Control ul trasonic US2 la arbore
62 6
3
(61,62)
1
3
16
6,5
3
0,3
Prelu crare mecanică de finisare
arbore
63 7
1
(62,63)
21
22
24
22
3
0,9
Prelu crare mecanică degroșare
caseta de rulment
58 6
4
(1,58)
4
5
6
5
3
0,2

Sudat b ucși în casetă
64 6
5
(58,64)
8
9
10
9
2
0,6

Prelu crări mecanice de finisare
65 7
1
(64,65)
7
8
10
8
3
0,3
Prelu crare mecanică de
degroș are roată de lanț
58 6
6
(1,58)
8
9
10
9
3
0,4

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

77
Tratament termic de
îmbună tățire roată de lanț
66 6
7
(56,58)
24
24
36
26
3
1,1
Prelu crare mecanică de finisare pent ru
danturat roata de lanț
67 6
8
(66,67)
9
10
11
10
3
0,4

Danturat ro ata de lanț
68 6
9
(67,68)
20
24
28
24
3
1
Tratament termic prin CIF roata
de lanț
69 7
0
(68,69)
6
16
24
15,6
3
0,7
Prelu crări mecanice de finisare după CIF
roata de lanț
70 7
1
(69,70)
3
4
5
4
3
0,2

Montat ansamblul arbore de in trare

71
7
2 (70,71)
(63,71)
(65,71)

35

40

50

41

3

1,7
Montat arb ore de intrare pe
șasiu troliu
72 8
7 (57,72)
(71,72)
20
30
40
30
3
1,3

78
Diagrama GANTT

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

79

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

80
Drumul critic și rezervele de timp ale activităților necritice

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

81

82

83
Diagrama PERT

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

84
Durata totală a proiectului

85

CONCLUZII

Acest proiect a avut drept scop proiectarea și exploatarea rațională a troliului de foraj (TF) al
sistemului de manevra (SM) al unei instalații de foraj (IF), în cazul nostru instalația de foraj F320
DH

Programul d in care face parte acesta tema a proiectului este: „ Proiectarea troliului unei instalatii de
foraj cu actionare terminca capabila sa foreze o sonda la adancimea de H= 6000 m ‖, cu performante
ridicate, adaptate cerințelor pieței mondiale, și exploatares lo r rațională‖,.

Obiectivele urmărite prin rezolvarea temei propuse consta în îmbunătățirea construcției și
funcționării TF și SM prin:

 reducrea complexități mecanice a SM;
 optimizarea funcționării SM;
 exploatarea rațională a SM.

Ca indicații economice ce se pretează acestei IF se amintesc următoarele:
 folosirea eficiență a puterii a IF;
 reducerea consumului de metal al elementelor TF și, ca urmare, obținerea unei greutăți
specifice (raportate la unitatea de putere) minime;
 creșterea fiabilități componente lor TF și, deci, reducerea la minimum a timpului neproductiv
al IF rezultat din defecțiuni.

Proiect de diplomă Negoiță Ciprian

86

BIBLIOGRAFIE

1. Alexandru POPOVICI, Nicolae CALOTA, Catalog de utilaj petrolier de schela –
Institutul de Petrol si Gaze, Ploiesti, 1976.
2. Costin, I. , Îndrumătorul mecanicului de la exploatarea, întreținerea și repararea
utilajelor de foraj. Editura Tehnică, București, 1984.
3. http://www.cat.com
4. http://www.scribd.com
5. Ion TOCAN, Tehnologia Extractiei Petrolului, Par tea a II -a ,Fascicula 1, Institutul de
Petro – Gaze din Ploiesti, 1984
6. Neculai MACOVEI , Forajul sondelor, Echipamente de foraj, Editura Universitatii
Petrol – Gaze Ploiesti, 1996 ;
7. Stan, M., Metode avansate de proiectare a utilajului petrolier, Editura Un iversității
Petrol -Gaze din Ploiesti,
8. Stan, M., Utilaj petrolier, Editura Universității Petrol -Gaze din Ploiești, 2011.
9. www.onepetro.org
10. www.wikipedia.com