расчет трехгранной вышки. Буровые МиХ 1. расчет трехгранной буровой вышки (треноги)

• Название: расчет трехгранной буровой вышки (треноги)
• Анкор: расчет трехгранной вышки
• Дата: 05.11.2022
• Размер: 48.69 Kb.
• Имя файла: Буровые МиХ 1.docx
• Тип: Задача; #771046

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

Санкт-Петербургский горный университет



Кафедра бурения скважин

Расчетная работа 1

По дисциплине: буровые машины

Тема: «РАСЧЕТ ТРЕХГРАННОЙ БУРОВОЙ ВЫШКИ

(ТРЕНОГИ)»
Вариант № 9

Выполнил: студент группы РТ-19 /Комолов Е.Д./

должность (Ф.И.О.)

Проверил: ассистент /Купавых А.С./

должность (Ф.И.О)


Санкт-Петербург

2022

РАСЧЕТЫ БУРОВЫХ ВЫШЕК И МАЧТ

Задача 1

РАСЧЕТ ТРЕХГРАННОЙ БУРОВОЙ ВЫШКИ

(ТРЕНОГИ)

Цель работы. Освоение методики расчёта по определению геометрических размеров треноги и площади поперечного сечения ее ног. Выбор соответствующих расчету бревен или стандартных буровых труб для изготовления вышки.

Задание

В соответствии с исходными данными определить высоту треноги и длины её ног; допустимую силу веса на крюке; нагрузку, действующую на верх треноги; площадь поперечного сечения ног вышки.

Начальные условия

Конструкция скважины, тип бурового станка, материал, из которого изготавливаются ноги треноги (дерево или сталь), методика, по которой рассчитывается площадь поперечного сечения ног вышки (по формуле Эйлера или по техническим условиям на проектирование).

Общие положения

Буровые вышки и мачты предназначены для выполнения спускоподъемных операций с бурильными и обсадными трубами; поддержания бурильной колонны на талевой системе при бурении с разгрузкой; установки свечей, извлеченных из скважины; размещения средств механизации и автоматизации спускоподъемных операций.

Пирамидообразные трехгранные буровые вышки называют треногами. Их обычно применяют для бурения неглубоких вертикальных и наклонных скважин глубиной до 300- 400 м в труднодоступных, малоосвоенных районах, где не всегда экономически целесообразно использовать серийно выпускаемые вышки и мачты.
Начальные данные вариант 9:

Наклонная скважина, θ = 90 – 5 = 85° к горизонту

Глубина – 200 м

Внешний диаметр направления 108 мм глубиной 8 м

Внешний диаметр кондуктора 89 мм глубиной 150 м

Диаметр открытого ствола 59 мм

Станок – СКБ-3

Материал треноги – сталь

Метод расчета – формула Эйлера

1.

Для станка СКБ-3 максимальная длина свечи не больше 9 м.

Исходя из конечного диаметра подбираем бурильные трубы по ГОСТ Р 51510-99. Трубы ТБСУ 43,0*4,5 длиной 1,7 м.

В соответствии с конструкцией скважины, длина бурильной свечи l = 5,1 м

k= 1,5.

Определение высоты треноги для вертикального бурения:

𝐻 = 𝑘 ∙ 𝑙 = 5,1 ∙ 1,5 = 7,65 м.
2.

Определение длины ног треноги на наклонного бурения:

При расчете треноги для наклонного бурения задаются величиной 𝑐 (𝑐 = 4,8 м). В этом случае 𝑏 = 𝐻 ∙ cosθ = 7,65 ∙ 0,087 = 0,67 м

Длины ног треноги 𝐿₂ и 𝐿₃ в этом случае вычисляются по формуле:

𝐿₂ = 𝐿₃ = 𝐻/cosγ = 7,65/0,95 = 8,1 м

где γ = arctg[𝑐/(2𝐻)] = 17,42°
Длина 𝐿₁ находится по следующему выражению:

𝐿₁ = 𝑂𝑂^′′/cosα = 𝐻(cosβ/cosα) = 7,65(0,9962/0,9063) = 8,4 м.

β = 90° – 85° = 5 °

где угол α находят по условию α = 30° – 5° = 25°
3.

В случае наклонной скважины сила веса на крюке равна:

𝑄_кр = 𝑄₀ · sinθ + ƒ · 𝑄₀ · cosθ = 𝑄₀⁽sinθ + ƒ · cosθ⁾ =

где ƒ – коэффициент трения стали о породу, ƒ = 0,3.

𝑄₀ – наибольшая сила веса колонны бурильных или обсадных труб в соответствии с конструкцией скважины, 𝑄₀ = 𝑞𝐿 = 4,7 · 200 = 940 даН

𝑞 – сила веса 1 м труб = 15/3,2 = 4,7 даН

𝐿 = 200 м – длина колонны буровых труб.

Вес колонны обсадных труб диаметром 89 мм и длиной 150 м:

𝑄₀ = 𝑞𝐿 = 10,4 ∙ 150 = 1560 даН.

Вес колонны обсадных труб диаметром 108 мм и длиной 8 м:

𝑄₀ = 𝑞𝐿 = 12,7 ∙ 8 = 101,6 даН.

Таким образом, для дальнейшего расчета берем значение Q₀ для обсадных труб кондуктора = 1560 даН.

𝑄_кр = 𝑄₀ · sinθ + ƒ · 𝑄₀ · cosθ = 𝑄₀⁽sinθ + ƒ · cosθ⁾ = 1560⁽0,99 + 0,3 · 0,09^{) = 1586,52 даН.}

4.

Определение величины нагрузки, действующей на верх треноги:

𝑅₁ = 1,5 · ψ ∙ 𝑛 ∙ 𝑄_л = 1,5 · 1,5 · 2 · 2000 = 9000 даН

где 1,5 – коэффициент запаса (50 % перегрузки по правилам техники безопасности);

ψ – коэффициент, учитывающий пе- регрузку лебедки, ψ = 1,5; 𝑛 – число сокращающихся струн плюс рабочий и неподвижный (если есть) концы каната,

𝑛 = 𝑛₁ + 1 = 1 + 1 = 2

𝑛₁ = 𝑄_кр/𝑄_л – число сокращающихся струн талевой оснастки = 0,8 = 1

𝑄_л – грузоподъемность лебедки СКБ-3 = 2000 даН
5.

Определение площади поперечного сечения треноги:

Продольная сила, действующая в каждой из ног наклонной вышки

𝐿₂ и 𝐿₃, в плоскости которых располагается продолжение оси скважины:

𝑃_р=𝑅₁/(2cosγ) = 9000/(2cos17,42°) = 4716,26 даН.

Т.к. для вычисления осевого момента инерции I необходимо знать внутренний и внешний диаметр, принимаем трубы треноги диаметром и . Из характеристики труб для изготовления ног треноги , .



Справедливость применения формулы Эйлера проверяется по формуле для стали продольная гибкость , ,

где – радиус инерции сечения,







Осевой момент инерции для сечения диметром и :



Проверка:

По формуле Эйлера величина расчетной продольной силы рассчитывается следующим образом:

𝑃_р = π² ∙ 𝐸 ∙ 𝐼/(𝑚 ∙ 𝑙²),

Для увеличения устойчивости треноги необходимо установит пояс жесткости. Продольная гибкость, как и показатель теперь следует принять вдвое меньше.

L = 8,4/2 = 4,2 м

Проверка:

По формуле Эйлера величина расчетной продольной силы рассчитывается следующим образом:

𝑃_р = π² ∙ 𝐸 ∙ 𝐼/(𝑚 ∙ 𝑙²),



Вывод:

Расчетная высота треноги H = 7,65 м и длины ее ног ; наибольшая сила веса на крюке нагрузка, действующая на верх треноги ; площадь поперечного сечения ног вышки . Тренога монтируется из труб с наружным и внутренним диаметрами и соответственно.