лаба 13. Отчет по лабораторной работе 13 по дисциплине Бурение скважин на шельфе

• Название: Отчет по лабораторной работе 13 по дисциплине Бурение скважин на шельфе
• Дата: 13.04.2022
• Размер: 167.22 Kb.
• Имя файла: лаба 13.docx
• Тип: Отчет; #470051

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

ИРКУТСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Институт «Недропользования»

Кафедра «Нефтегазовое дело»

Лабораторная работа 13. Устойчивость мачтовых буровых вышек

Отчет по лабораторной работе № 13

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 13. Устойчивость мачтовых буровых вышек

Цель работы: рассчитать устойчивость буровых сооружений с мачтовой вышкой и выбор диаметра оттяжки.

Краткие теоретические сведения. На вышку действуют вертикальные и горизонтальные нагрузки. Сочетание нагрузок, действующих на вышку, бывает различным: вертикальные, горизонтальные, вертикальные и горизонтальные. Все нагрузки подразделяют на постоянные и временные. Постоянные нагрузки на вышку состоят из ее массы и массы оборудования, смонтированного на ней. Временные нагрузки подразделяются на длительные (эксплуатационные) и краткосрочные. Временные длительные нагрузки состоят из эксплуатационной нагрузки на крюке, вертикальной и горизонтальной составляющих усилий в подвижной и неподвижной ветвях талевого каната и горизонтальной составляющей нагрузки от массы свечей, установленных наклонно в магазин или за палец. Краткосрочная нагрузка состоит из горизонтальных ветровых усилий, действующих на элементы вышки и свечи.

Для расчета вышки под действием максимальных горизонтальных сил обычно принимают следующий режим работы: нерабочее состояние вышки при установленном за палец комплекте бурильных свечей, когда нагрузка на крюке равна нулю, а на вышку и на бурильные свечи действуют горизонтальные ветровые нагрузки. Учитывается также и горизонтальная составляющая от массы установленных свечей и от натяга ходового и неходового талевого каната.

Угол наклона свечей к горизонтали обычно находится в пределах 86-88 °. При таком значении угла горизонтальную составляющую можно принимать:

_{Gгс.=0,025 Gкс (1)}

где G_кс-масса комплекта свечей, т.

Для мачтовых вышек ветровые нагрузки рассчитываются в двух направлениях: перпендикулярно и параллельно к плоскости мачт. При действии ветра перпендикулярно к плоскости мачт ветровые нагрузки определяют на каждую мачту вышки, а при действии ветра в плоскости мачт нагрузка на заветренную мачту принимается равной 0,6 нагрузки на наветренную мачту.

Ветровые нагрузки для мачтовых вышек рассчитываются по той же формуле, что и для башенных вышек. Коэффициент парусности К для трехгранного сечения мачты вышки с учетом влияния решеток подветренных граней принимается: при действии ветра параллельно плоскости мачт К=0,5, а перпендикулярно - К=0,4.

У прощенно для небольших вышек ординату приложения общей равнодействующей ветровой нагрузки можно определить, как ординату центра тяжести вышки по формуле:

h_цт= ,(2)

где h- высота вышки, м; А- размер нижнего основания вышки по осям ног; В- размер верхнего основания по осям ног.

В условие расчета принимается максимальное значение горизонтальных сил и направление их в одну сторону (случай невыгодных возможных величин и сочетаний нагрузок). При этом условии возникает максимальный момент опрокидывания вышки. Нагрузки Р_крг, Р_втг и Р_сг при действии в одну сторону создадут момент опрокидывания М_ов относительно опоры ног в точке А (рис. 1).

С другой стороны массой вышки и смонтированного на ней оборудования создается момент устойчивости М_ус:

Устойчивость вышки обеспечивается в том случае, когда момент устойчивости будет больше момента опрокидывания. Если момент опрокидывания будет больше, то в работу вступают оттяжки.

Момент, опрокидывающий вышку на основании (точка В на рис. 1):

, (3)

где - горизонтальная составляющая от усилия натяжения ведущей и ведомой ветвей талевого каната, Н; - равнодействующая от ветрового давления на вышку, Н; - горизонтальная составляющая от веса пакета свечей, Н; - - расстояние от опорной поверхности вышки до точки приложения ветровой нагрузки, м; - расстояние от опорной поверхности вышки до верхнего магазина пакета свечей, м.

Горизонтальная составляющая сила натяжения талевого каната:

, (4)

где - вес оборудования вышки (вертлюг, крюкоблок, ветви каната и др.; n- число ветвей каната в оснастке талевого блока; и - углы между ведущей и неподвижной ветвями каната и вертикальной осью вышки.

Если ветви закреплены противоположно друг другу, то берется знак(-), если с одной стороны вышки у лебедки, то (+).

Горизонтальная сила от силы тяжести свечей, установленных за пальцем, определяется по формуле

(5)

где - вес свечей, установленных за пальцем, Н; - угол наклона свечей к горизонтали, обычно 86-88°.

Момент устойчивости вышки на основании:

(6)

где - расстояние от оси скважины до точки В крепления подкоса.

Для обеспечения устойчивости:

. (7)

В современных буровых установках мачтовые вышки прочно крепят к основаниям. В этом случае под действием ветровых и других нагрузках вышка может быть опрокинута только вместе с основанием.

Момент опрокидывания сооружение основание- мачтовая вышка относительно точки А при установке лебедки ниже пола буровой:

(8)

Момент устойчивости сооружения мачта- основание:

(9)

где - сила тяжести основания, Н; - расстояние от оси скважины до точки А, м.

Для обеспечения устойчивости сооружения:

. (10)

Основное условие устойчивости:

, (11)

где k- запас устойчивости; - опрокидывающий момент, создаваемый внешними силами системы относительно линии опрокидывания; - восстанавливающий момент, создаваемый внешними силами системы относительно той же линии опрокидывания.

Для расчета прочности обычно принимают одну оттяжку, так как добиться одинакового натяжения оттяжек трудно, а излишнее предварительное натяжение может вызвать дополнительные горизонтальные силы и напряжения в них. Поэтому в рабочем положении без ветра оттяжки должны иметь слабину и одинаковую стрелу подвеса.

Натяжение оттяжки сооружения вышка- основание:

, (12)

где - расстояние от оси скважины до точки крепления оттяжки; - угол между оттяжкой и поверхностью земли.

В зависимости от величины действующей силы в оттяжке выбирают ее диаметр с учетом коэффициента запаса прочности каната (обычно 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.
Исходные данные:

Параметры	Номер варианта
	4
Высота вышки h, м	47
Высота основания Н, м	5
Масса вышки Gв, т	28,5
Масса основания Gос, т	10
Масса комп. свечей σсв, т	105
Высота пальцев hi, м	26,5
Ветровая нагрузка Рвет, кН	180
Высота ветр. нагрузки ha, м	22
Расстояния b и l, м	12,8 12,5
Масса обор. Gоб, т	8,2
Талевая система	5×6
Углы наклона α и β, град.	22,1 11,2
Угол наклона растяжки γ, град	63

Решение:

Момент, опрокидывающий вышку на основании:

_.

При определении условимся, что ходовая и неподвижная ветви талевого каната закреплены с одной стороны вышки.

Тогда ,

где - вес оборудования вышки (вертлюг, крюкоблок, струны каната и др.); и - углы наклона ходовой и неходовой ветви каната по отношению к вертикали:

кН.

Горизонтальная составляющая силы веса свечей:



где - угол наклона комплекта свечей в магазине (обычно составляет 2-4°).

Тогда М_ов=1,7·47+180·(22-5)+52,6·26,5=4533,8 кНм.

Момент устойчивости вышки на основании:



Вертикальная составляющая действия веса свечей на палец вышки не учитывается из-за незначительной величины.

Соотношение моментов устойчивости и опрокидывания вышки:



где - коэффициент запаса устойчивости.

В расчете K=М_ув/М_ов= /4533,8=1,012 что незначительно. Коэффициент должен быть не менее .

При сильном ветре, буре вышка может опрокинуться с основания. Поэтому на практике мачтовые вышки прочно крепят к основанию и вышка может опрокинуться только вместе с основанием.

Момент опрокидывания сооружения основание-вышка относительно точки А при расположении лебедки ниже пола буровой.





Момент устойчивости сооружения основание-вышка:





где - расстояние от центра тяжести комплекта свечей до точки А; - вертикальная составляющая веса свечей.



Для обеспечения устойчивости сооружения:

, при ≥1,2

В расчете K=М_ув/М_ов= / =3,64, что достаточно при ветре обычной силы.

При шквальном сильном ветре, буре ветровая нагрузка многократно усилится и в работу вступает растяжки.

Определим натяжение растяжки (каната):



Расстояние определяется:





Обычно вместо одной растяжки ставят по две с каждой стороны вышки перпендикулярно оси опрокидывания и под тем же углом по отношению к горизонтали.

На каждый канат действует сила:



Разрывное усилие каната должно быть не менее:



где - коэффициент запаса прочности,

Для растяжки принимаем канат диаметром 15 мм с МПа

Тип каната ЛК-Р6×19+1ос (15Г Н 2060 ГОСТ 2688-80).