Устойчивость буровых сооружений
Вышки устанавливают на высокие основания и прочно крепят к ним, особенно вышки мачтового типа. При действии ветровых нагрузок вышка может быть опрокинута только вместе с основанием. Если вышка башенного типа устанавливается на низкое основание без прочного крепления ее ног, то она должна быть проверена на устойчивость, при этом влияние оттяжек не учитывается. Оттяжки устанавливают для обеспечения устойчивости во время бурь и сильных ветров.
Момент, опрокидывающий вышку на основание (точка В на рис. 6):
Мов = Ргh + Рг.вт(hв – H) + Рг.с.hп .
где Рг - горизонтальная составляющая от усилия натяжения ведущей и ведомой струн талевого каната, Н;
Рг.вт - равнодействующая от ветрового давления на вышку, Н;
Рг.с — горизонтальная составляющая от веса пакета свечей, Н; h- высота вышки, м;
hB– Н - расстояние от опорной поверхности вышки до точки приложения ветровой нагрузки, м;
hп— расстояние от опорной поверхности вышки до верхнего магазина пакета свечей, м.
Момент устойчивости вышки на основании
Мув = Gвℓ
где GB- сила тяжести ненагруженной вышки, Н;
ℓ- расстояние от оси О—О скважины до точки В крепления подкоса, м.
Для обеспечения устойчивости необходимо, чтобы
Мув = Моk.
Основное условие устойчивости
k = Мув / Мо .
где k = 1,15 – 1,2 запас устойчивости; Мув – восстанавливающий момент, создаваемый силами системы относительно линии опрокидывания; Мо – опрокидывающий момент, создаваемый внешними силами системы относительно той же линии опрокидывания.
Момент опрокидывания сооружение основание – мачта относительно точки А при установке лебедки ниже пола буровой и креплении неподвижной струны каната
Мо = Рг(Н+h) + Рг.втhв .
Момент устойчивости сооружения основание – мачта
Мус = (Gв + Gо)b.
где: Gо – вес основания, Н;
b – расстояние от оси скважины О-О до точки А, м.
При ураганных скоростях ветра, превышающих нормы, для увеличения восстанавливающего момента и устойчивости сооружения необходимо не только нагрузить талевую систему, но и ротор, поставив часть колонны на элеватор.
Опрокидывающий момент вычисляется как сумма моментов всех сил, опрокидывающих систему:
Мо = Р1x1 + Р2х2 + ….Рnxn .
Здесь: Р1, Р2, …, Рn – внешние силы; х1, х2, …, хn – соответственно, их плечи.
Аналогично вычисляется восстанавливающий момент.
При расчете устойчивости вышки принимают одну оттяжку, так как добиться одинакового натяжения оттяжек трудно, а излишнее предварительное натяжение может вызвать дополнительные горизонтальные силы. Поэтому в рабочем положении без ветра оттяжки должны иметь слабину и одинаковую стрелу провеса.
Натяжение оттяжки сооружения вышка — основание
N = Мос / С = Мос / (a + b)sin 
,
где: а- расстояние от оси скважины до точки крепления оттяжки;
- угол между оттяжкой и поверхностью земли.
В зависимости от действующей силы в оттяжке выбирают ее диаметр с учетом коэффициента запаса прочности каната, обычно равного 2—3, если оттяжки устанавливают параллельно или в два яруса, то этот коэффициент снижают до 1,5—2. Если оттяжки укреплены под углом к нормальной плоскости, то расчет уточняется с учетом этого угла.
11.7 Пример 5. Определить запас устойчивости вышки для условий примера 4, если вес вышки с оснасткой GB=350 кН, а расстояние от ее оси до точки опрокидывания ℓ = 10,76 м.
Момент опрокидывания вышки:
Мов = Рг.вт1* ℓ1 + Рг.вт2* ℓ2 + Рг.вт3* ℓ3 + Рг.вт4* ℓ4 ,
где: ℓ1 = 5; ℓ2 = 17; ℓ3 = 26; ℓ4 =36 м - расстояния от основания вышки до точек приложения равнодействующих сил ветрового давления на панели вышки.
Тогда: Мов = 168*5+33*17+40*26+20*36=3161 кН.
Момент устойчивости вышки:
Мув = GB* ℓ = 350*10,76 = 3766 кН.
Запас устойчивости:
K = Мув / Мов = 3766 / 3161 = 1,19, что достаточно.
11.8. Задание к расчету. Определить запас устойчивости вышки для условий примера 4, если вес вышки с оснасткой (см. табл. далее), а расстояние от ее оси до точки опрокидывания (см. табл. далее):
| N вар.* | Вес вышки с оснасткой, GB, кН | Расстояние от ее оси до точки опрокидывания, ℓ, м. | N вар.* | Вес вышки с оснасткой GB, кН | Расстояние от ее оси до точки опрокидывания, ℓ, м. |
| 9,0 | 11,0 | ||||
| 9,0 | 11,0 | ||||
| 9,0 | 11,0 | ||||
| 9,0 | 11,0 | ||||
| 9,0 | 11,0 | ||||
| 9,0 | 11,0 | ||||
| 9,0 | 11,0 | ||||
| 9,0 | 11,0 | ||||
| 9,0 | 11,0 | ||||
| 9,0 | 11,0 | ||||
| 9,0 | 11,0 | ||||
| 9,0 | 11,0 | ||||
| *Примечание. Номер варианта соответствует номеру в списке журнала группы. |
Контрольные вопросы
1. Металлические сооружения и конструкции, используемые в буровых установках для бурения на континенте.
2. Вышки, применяемые в буровых установках и их параметры.
3. Преимущество мачтовых вышек по сравнению с башенными. Недостатки мачтовых вышек.
4. Нагрузки, действующие на вышку в процессе проводки скважины.
5. Силы, создающие вертикальные и горизонтальные нагрузки на вышку.
6. Основания вышек для бурения на суше.
7. Параметры, характеризующие основание вышки.
8. Нагрузки, действующие на основание вышки.
9. Монтаж и транспортировка мачтовых вышек.
10. Буровые сооружения для бурения скважин на море и их классификация.
Тема 3. Талевая система.
Цель работы:
1. Изучить конструкцию и принцип действия талевых систем.
2. Изучить методику и выполнить проверочный расчет (по индивидуальному заданию) правильности выбранной оснастки.