Отчет по лабораторной работе 9 Расчет буровых вышек башенного типа Выполнил студент группы ндб 19 Принял
 Скачать 479.82 Kb.
|
|
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования ИРКУТСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра нефтегазового дела Бурение скважин на шельфе Отчет по лабораторной работе № 9 Расчет буровых вышек башенного типа Выполнил студент группы НДб 19 Принял Иркутск 2022 Лабораторная работа 9.Расчет буровых вышек башенного типаЦель работы: рассчитать нагрузки на вышку башенного типа и сделать проверочный расчет на устойчивость ноги в нижней ее части. Краткие теоретические сведения.На буровые вышки (мачты) действуют различные по силе и величине нагрузки, которые можно разделить на вертикальные и горизонтальные. Расчет производим без учета горизонтальных нагрузок. К вертикальным нагрузкам относятся: нагрузка на крюке, определяемая наибольшим весом спускаемой в скважину колонны; собственная масса вышки (мачты), натяжение ходового и неподвижного (мертвого) концов каната; вертикальные составляющие от натяжения в растяжках.Силы, действующие вдоль ног вышки, уравновешиваются реакциями фундаментных опор, а горизонтальные силы самоуравновешены. В результате этого, если боковые грани вышки представляют собой статически определенные фермы, то напряженными от действия нагрузки на кронблок будут ноги вышки и ее верхнее основание (подкранблочная рама), а пояса и раскосы не испытывают усилий. Вес колонны бурильных или обсадных труб Q, спускаемых в скважины, может быть определен по формуле Для колонны бурильных труб  l]. (1)Знак минус показывает, что при спуске нагрузка на крюк будет меньше осевой силы тяжести на величину сил сопротивления. Применяется в вертикальных и наклонных скважинах. Для колонны обсадных труб  , (2)где q,  – соответственно вес 1м бурильных труб и 1м УБТ, Н; L – длина колонны бурильных труб, м;l– длина УТБ, м; K – коэффициент, учитывающий потерю веса труб в промывочной жидкости,K=1-(  , (3)где (  - соответственно плотность промывочной жидкости и материала бурильных труб, кг/ .При более точных расчетах вес инструмента равен  , (4) – вес одной муфты, Н; n1 - количество муфт; q2–вес одного замка, Н; -количество замков; - увеличение веса трубы за счет высаженных концов, Н;  Нагрузка на крюк  будет больше веса инструмента вследствие прихватов труб в скважине, динамических нагрузок при расхаживании инструмента и сил сопротивления при подъеме о стенки скважины: , (5)Сила трения при подъеме бурильных труб обычно принимается равной  .Динамические нагрузки возникают в начале подъема свечи в период разгона  (6)где g - ускорение силы тяжести, м/  – ускорение движения колонны, м/ .Ускорение движения колонны определяется по формуле  (7) скорость подъема бурильных труб, м/с;  период разгона при подъеме (для геологоразведочного бурения  для нефтяного бурения  установившейся подъем, с;  период остановки (0,2 – 0,5), с.При бурении наклонных скважин нагрузка на крюке равна (рис.1)  ∙L∙(l (8)где  угол наклона скважины от вертикали (зенитный угол),град;  коэффициент трения стали о горную породу или обсадныетрубы (при трении по горным породам  а по обсадным трубам Общая нагрузка на кронблок буровой вышки от действия вертикальныхопределяется по формуле  (9)где  - соответственно усилия в ходовом (подвижном) и неподвижном (мертвом) концах каната, Н;  вес талевой системы, Н.
Нагрузку на кронблок вышки можно считать приложенной в центре кронблочной рамы, и тогда вертикальные составляющие реакций в узлах верхнего основания (рис.2) будут одинаковыми и при оснастке с мертвым концом каната  (10)Вдоль оси ноги будет действовать сила  , (11)где  угол между ногой вышки и горизонтальной плоскостью, град. В плоскости верхней рамы по диагонали будут действовать силы  , (12)и по каждому из стержней силы  · (13) нижней части ноги четырехногой буровой вышки будет действовать нагрузка (14) вес вышки.Нагрузка  принимается за расчетную. Приближенно ноги вышки рассчитывают на продольный изгиб в зависимости от гибкости по формулам Эйлера, Тетмайера-Ясинского или на прочность. Расчет проводится на участке между первым поясом и основанием, где на ноги действует как полезная нагрузка, так и масса буровой вышки, а длина этого участка ног обычно больше остальных. Для предотвращения продольного изгиба необходимо выполнить условие  , (15)где  коэффициент запаса устойчивости ног буровой вышки (для стали 1,5 – 2 , для дерева  2);  критическая сила, Н; сила, сжимающая стержень, Н.Формула Эйлера для определения критической силы, действующей на стержень, имеет вид  = (16)где  модуль продольной упругости материала стержня, Па;  наименьший экваториальный момент инерции поперечного сечения стойки,  −длина расчетного участка ноги, м; коэффициент, зависящий от типа и расположения опор и характера нагрузки (при шарнирном закреплении концов стойки, что наиболее характерно для условий буровой вышки, он равен (0,725 Нормальное критическое напряжение, возникающее в поперечном сечении стержня при , определяется по формуле или  (17)где 𝜆 - гибкость стержня, равная 𝜇∙l /i;А - площадь поперечного сечения ноги вышки. Минимальный радиус инерции поперечного сечения стойки определяется из соотношения i=  , (18)Формула Эйлера применима лишь в пределах справедливости закона Гука, т.е. при условии, когда критическое напряжение не превышает предела пропорциональности материала стержня  (см. таблицу 1).Применимость формулы Эйлера может быть установлена из соотношения  ,где 𝜆 - гибкость стержня, зависящая от его длины, размеров и формы поперечного сечения (для деревянных конструкций 𝜆  , для стальных 𝜆 .Предельная (граничная) гибкость для материала стержня, зависящая только от физико-механических свойств материала, определяется по формуле  , (19) ормула Тетмайера-Ясинского используется для определения напряжений в стержнях при гибкостях меньше предельных. Критические напряжения находят по линейной эмпирической зависимости , (20)тогда  (21) начение коэффициентов  , имеющих размерность напряжения, устанавливаются экспериментально или по таблице 1.Формула Тетмайера-Ясинского применима тогда, когда гибкость стержня находится в пределах  (22)где  то значение гибкости, при котором критическое напряжение равно предельному (опасному) при сжатии.Следовательно, стержни, находящиеся в сжатом состоянии, рассчитывают по трем методикам: Стержни большой гибкости – по формуле Эйлера при  , стержни средней гибкости – по эмпирической формуле Тетмайера-Ясинского при  , стержни малой гибкости при  рассчитываются не на устойчивость, а на прочность, так как в данном случае критические напряжения будут равны или немного ниже соответственно пределу текучести  для пластичных материалов (сталь) или пределу прочности  для хрупких материалов (чугун, дерево).Таблица 1 Технические характеристики
Расчет на прочность проводится по деформации сжатия:  (23)где  допускаемое напряжение при расчете на устойчивость;  коэффициент продольного изгиба;  допускаемое напряжение на сжатие.Таблица2 Значения коэффициента продольного изгиба
Математический расчёт. За исходные данные принимаем 11-ый вариант из табл. 3. В расчетах за максимальный вес колонны Q примем рабочую грузоподъемность буровой вышки. Для вышки Н-22: Q=  Сила трения при подъеме труб  =0,25∙245=61,25 кН. Принимаем среднюю механическую скорость подъема труб V= 1м/c. Тогда время установившегося подъема труб  Ускорение движения колонны 𝑎 =V/(  + .Динамические нагрузки  𝑎∙ Нагрузка на крюк  В буровых установках для глубин бурения 1250  талевые системы с числом шкивов 2 . Примем для нашего случая число шкивов 3х4, где кратность системы равна i=3∙2=6. Усилия в ветвях каната отличаются незначительно, поэтому приравниваем их, то есть  . По эмпирической формуле вес талевой системы 0,019∙245=4,67кНУсилия в канатах  307∙0,177=54,3кН,где  коэффициент, зависящий от оснастки, для системы  Общая нагрузка на кронблоке  Составляющие силы, действующие в узлах верхнего основания (рис.2).    105∙ где угол наклона оси ноги к горизонту ( 80  В нижней части ноги вышки  Критическая сила  ,где  модуль упругости для стали;l=4,5 м - длина ноги в нижней секции; козффициент. Принимаем  0,8;I – момент инерции сечения ноги вычисляем по формуле = 3,14∙  /64∙{1 }=1348124 где δ = 11 – толщина стенки ноги вышки.   Условие неравенства выполнено. Но формула Эйлера применима лишь при условии .Гибкость стержня  =0,8∙4500/ =108,5,где i – главный центральный радиус инерции сечения стойки; А – площадь сечения стойки A = π∙(  )/4=3,14∙( .𝜆= 108,5  для стальных стержней.Предельная гибкость материала стержня  ,где  напряжение пропорциональности материала ноги.Принимаем материал ноги – сталь30, тогда из таблицы 1  250МПа =91 следовательно, Формула Эйлера применима.Вывод: в ходе проделанной работы мы рассчитали нагрузки на вышку башенного типа, а также сделали проверочный расчет на устойчивость ноги в нижней ее части, используя формулу Эйлера, применимость которой проверена. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
