лаба 12. Отчет по лабораторной работе 12 по дисциплине Бурение скважин на шельфе
 Скачать 0.54 Mb.
|
|
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации ИРКУТСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Институт «Недропользования» Кафедра «Нефтегазовое дело» Лабораторная работа 12. Расчёт вышечных растяжек Отчет по лабораторной работе № 12 по дисциплине «Бурение скважин на шельфе» Вариант №4 Выполнил: студент группы НДб-18-2 Пилданов А.Б. Проверил: преподаватель ________ В.И.Зайцев Иркутск – 2022 Лабораторная работа 12.Расчёт вышечных растяжек Цель работы: определить диаметр и длину растяжки при действии на вышку опрокидывающих сил. Краткие теоретические сведения. На вышку действуют горизонтальные и вертикальные силы. Они классифицируются на постоянные, эксплуатационные и ветровые нагрузки. К постоянным нагрузкам, пользуясь принципом классификации нагрузок, предложенной Н. С. Стрелецким, относят собственный вес буровой вышки и установленного на ней оборудования, сохраняющий своё значение в течение всего периода эксплуатации. К эксплуатационным нагрузкам относят нагрузку на крюке, натяжение ходовой и неподвижной ветвей талевого каната, нагрузку от комплекта бурильных труб, установленных на подсвечниках. Ветровые нагрузки (краткосрочные) зависят от природно-климатических условий эксплуатации буровых вышек. При выполнении расчётов вертикальных (постоянных) нагрузок на буровые вышки с достаточной точностью можно вычислить по эмпирическим формулам: При выполнении проектных расчётов вес буровой вышки и установленного на ней оборудования определяют по весовым характеристикам ранее запроектированных аналогичных буровых вышек. Наряду с этим весовые характеристики буровых вышек с достаточной точностью можно вычислить по эмпирическим формулам: вес вышки  ;вес кронблока  ;вес подвижных частей талевого механизма  ;вес балконов, лестниц, козел и других сооружений, установленных на вышке  ,где  - допускаемая нагрузка на крюке.Эксплуатационные нагрузки выбирают по их наибольшим значениям, допускаемым при бурении скважин. Эти нагрузки называют нормативными и определяют, исходя из параметров буровой установки: наибольшая нагрузка принимается равной допускаемой нагрузке на крюке ;натяжение подвижной  и неподвижной  ветвей зависит от допускаемой нагрузки на крюке ), кратности оснастки  и веса подвижных частей талевого механизма   , (1) нагрузка от комплекта свечей принимается равной весу наиболее тяжелой бурильной колонны, применяемой в заданном диапазоне глубин бурения:  , (2)где  – глубина бурения;  - вес 1 м бурильной колонны.Горизонтальная составляющая от разности натяжения подвижной и неподвижной ветвей при равенстве углов наклона этих ветвей к горизонту практически сводится к нулю и может не учитываться. Горизонтальная составляющая силы веса свечей, установленных за палец: определяется по формуле  (3)где  - вес одной свечи, Н; - количество свечей в магазине; φ- угол наклона свечей к горизонту, град.Обычно угол наклона свечей к горизонтали равен 86-88о. При таком значении угла горизонтальную составляющую можно принимать:  (4)где  — нагрузка от силы веса комплекта свечей.Согласно правилам безопасности вышки и мачты высотой 14 метров и более во избежание опрокидывания должны укрепляться растяжками из стальных канатов. Растяжки, диаметр и длину которых определяют расчетом, располагают у четырехгранных вышек и мачт в диагональных плоскостях. Для мачтовых вышек ветровые нагрузки рассчитываются в 2-х направлениях: перпендикулярно и параллельно плоскости мачт. При расчете растяжек принимают наиболее неблагоприятные сочетания нагрузок, когда инструмент извлечен из скважины, и нагрузка на палец от его веса совпадает с направлением ветра. Возникающий от действия горизонтальных нагрузок опрокидывающий момент относительно бруса А-А нижнего основания, перпендикулярного к направлению ветра (рис.1), равен:  , (5)где  -опрокидывающий момент вышки; - ветровой напор; - высота от нижнего основания вышки до точки приложения равнодействующей силы ветра; - высота расположения пальца.Упрощенно за точку приложения равнодействующей силы ветра Рв обычно принимают точку центра тяжести грани четырёхногой вышки. Высота этой точки от основания вышки равна:  (6) - высота вышки,м; и  - размеры нижнего и верхнего оснований панели, м.С другой стороны масса вышки и смонтированного на ней оборудования Gсоздаетмомент устойчивости Му:  , (7)где G— весвышки и смонтированного на ней оборудования. При расчете моментов устойчивости не учитывают усилия в стяжных болтах, которыми крепят конструкцию к основанию или фундаменту, полагая возможным выход их из строя при порывистом ветре. Устойчивость вышки обеспечивается в том случае, когда момент устойчивости будет больше момента опрокидывания:  (8)где Ку— коэффициент запаса устойчивости равен 1,2 - 1,5. Если момент опрокидывания будет больше, то в работу вступают растяжки.Для расчета принимается одна условная оттяжка, которая располагается в плоскости, перпендикулярной к грани вышки, и проходит через ее ось. Усилие в этой оттяжке будет действовать в направлении момента устойчивости и определится из равенства моментов:  (9)гдеd — плечо действия усилияТ относительно точкиА,  (10)откуда  , (11)где  — угол наклона плоскости растяжек к горизонту;Hp— высота крепления растяжек на вышке.В вышках башенного типа растяжные канаты имеют в плоскости растяжек угол наклона γ. Здесь каждый канат испытывает усилие:  . (12)Канат для растяжек выбирают по разрывному усилию (см. табл. 1).  , (13)где  - запас прочности по условию безопасности.Если оттяжки устанавливают в два яруса, то этот коэффициент снижают до 1,5-2. Длина каната для растяжек четырехгранных вышек и мачт:  , (14)где  - длина каната, необходимая для крепления его к стойке ноги и якорю.Для регулирования натяжения растяжки имеют специальные стяжные серьги. Таблица 1 Стальные канаты, применяемые в подразделениях бурового предприятия
Исходные данные:
Решение: Башенная вышка высотой Н=45 м с допускаемой нагрузкой Рдоп..= 2500 кН имеет размер нижней и верхней баз В = 10х10 м и b = 2х2 м. Вес одной свечи бурильной колонны составляет qсв..= 10000 Н. Максимальное количество свечей в магазине z равно 155. Высота присоединение растяжки к вышке Hр = 37 м. Длина части каната растяжки для крепления к вышке и якорю составляет lк..= 1,3 м. Высота расположения пальцев для свечей 27 м. Максимальный напор ветра на вышку равен W = 140 кН. Определить диаметр и длину каната растяжки при действии на вышку опрокидывающих сил: силы ветрового давления и силы веса комплекта свечей на палец вышке. Если по условию задачи вес буровой вышки и установленного на ней оборудования не дан, то можно весовые характеристики вышки и оборудования с достаточной точностью вычислить по эмпирической формуле: G = (Gвыш. + GКБ + GТС + Gоб) · Рдоп. = (0,15 + 0,015 + 0,04 + 0,03) · 2000 = 588 кН Горизонтальная составляющая от натяжения подвижной и неподвижной ветвей каната при отсутствии груза на крюке очень мала и поэтому может не учитываться. Горизонтальная составляющая силы веса свечей:  где qсв. - вес одной свечи, кН; z -количество свечей;  -угол наклона свечей к горизонту.Опрокидывающий момент для вышки относительно линии А-А нижнего основания равен:  где hв — высота от нижнего основания вышки до точки приложения равнодействующей силы ветра; hп— высота расположения пальцев.  Момент устойчивости вышки с оборудованием:  Устойчивость вышки обеспечивается при условии:  ,где  - коэффициент запаса устойчивости принимаем равным 1,2. Неравенство (3) не выполняется, поэтому применим растяжки и рассчитаем их параметры. Определить усилие в растяжке Т из формулы равенства моментов.  ,где d- плечо действия усилияТотносительно точки А. Из рис.1  Откуда   где - угол наклона растяжки к горизонту, град.Отрезок е находим из подобия прямоугольных треугольников. Из соотношения их катетов: 37/45=е/3; е=37∙3/45=2,466≈2,47 м, Тогда  ; ,T=(  ∙1,2- )/[(10+37)∙sin43o]=40,99 кНОпределим угол наклона растяжки γ в плоскости растяжек (т.е. по диагонали квадрата нижний базы вышки):   Обратная тригонометрическая функция, определяем угол через котангенс. На каждый канат действует сила:  Разрывное усилие каната должно быть не менее (Значение К принимать в диапазоне 3-4):  Принимаем коэффициент К= 4 (  ).По таблице 1 находим, что разрывному усилию 111,5кН (111,5 >102,69 кН) при временном сопротивлении  МПа соответствует канат диаметром 15 мм (ЛК-Р 6*19+1 о.с.).Длина каната для растяжек башенных вышек (и мачтовых)   То есть на каждую растяжку из 4-х приходится канат длиной 23,96 м. Вывод: опрокидывающий момент, действующий на вышку, оказался больше момента устойчивости сооружения. Рассчитанные растяжки помогут повысить устойчивость вышки и уравновесить опрокидывающие нагрузки. При установке оттяжек в 2-а яруса при принятии коэффициентов К от 1,5 до 2 получим Rk=1,5∙  =38,5 кН иRk=2∙ = 51,34 кНВ первом случае принимаем канат диаметром 8,1 мм при  МПа (Rк = 38,65 кН).Во втором, канат диаметром Ø9,7 мм при  МПа (Rк = 53кН). Привязку оттяжек производить на высотах Hp1 = 0,88∙H и Hp2 = 0,7∙H. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||