|
|
Тема 20 Буровые сооружения (1). Тема 19 буровые сооружения 19 буровые вышки. Общие сведения и устройство
п
ри движении крюка
(β и γ — углы соответственно между ведущей и неподвижной струнами каната и вертикальной осью вышки).
Если струны закреплены противоположно друг другу, то берется знак «минус», если с одной стороны вышки у лебедки, то — «плюс».
Г
оризонтальная сила от действия силы тяжести свечей, уста новленных за пальцем.
где k — коэффициент, учитывающий отношение расстояния от подсвечника до пальца к длине свечи l; Gc — вес свечей, установленных за пальцем, Н; α — угол наклона свечей к вертикали, обычно α=2
4°.
Г
оризонтальная ветровая нагрузка, действующая на вышку, зависит от природно-климатических условий, в которых эксплуатируется буровая установка. На эту нагрузку влияет динамическое давление ветра, называемое петровым или скоростным напором
гдеv — скорость ветра, м/с; ρ= 1,225 кг/м3 — плотность воздуха.
По данным многолетних наблюдений, предельный ветровой напор в различных районах России изменяется в пределах от 270 до 1000 Па. Согласно нормам РТМ 26-02—6—68 (Руководящий технический материал на проектирование буровых вышек), для расчета буровых вышек значения ветрового напора принимаются независимо от места их эксплуатации: q0 = = 700 Па—для нерабочего состояния; q0 = 250 Па — для рабочего состояния; q0 =150 Па—для монтажно-транспортного состояния.
Р
авнодействующая от ветрового давления на вышку
где q0 — скоростной напор ветра, Па; сi— коэффициент, учитывающий возрастание напора ветра в зависимости от высоты; р = 2 — динамический коэффициент, учитывающий период собственных колебаний вышки; m — аэродинамический коэффициент, для конструкций из профильного прокатат = 1,4, для труб m=l; Si — проекция панели на вертикальную плоскость, проходящую по оси вышки
(
Fi — общая площадь панели; φ = 0,15…0,2 — коэффициент заполнения панели, для обшитой части вышки φ =1).
Высота над поверхностью земли, м <10 20 40 100
Поправочный коэффициент сi 1,0 1,25 1,55 2,1
При определении ветровой нагрузки на необшитые части вышки принимается, что нагрузка действует и на заветренную часть вышки. При скоростях ветра до 110 км/ч учитывается ветровая нагрузка, действующая на поверхность полного комплекта свечей, стоящих за пальцем.
Горизонтальное усилие на кронблок от составляющей натяжения ведущей и неподвижной струн каната не должно быть более 15 кН и предполагается, что оно действует в том же направлении, что и горизонтальные усилия от веса свечей и ветра.
На заводах при конструировании мачты рассчитывают нагрузки, возникающие также при их подъеме в процессе монтажа. Величины этих нагрузок зависят от веса мачты и точек приложения этих нагрузок, поэтому поднимать и транспортировать мачты необходимо в строгом соответствии с заводской инструкцией.
Пример 19.1 Определить вертикальную нагрузку, действующую на подкронблочную раму вышки ВМ-42-140 во время СПО; глубина скважины 2500 м; диаметр бурильных труб dбт=127 мм, lбт = 2300 м, средний вес 1 м трубы qбт = 260 Н/м; lубт = 200 м, qубт = 178 мм, qубт = 1560 Н/м; плотность бурового раствора ρр=1.2 г/см3 и плотность стали ρс = 7,85 г/см3.
Решение.
О
пределяем по формуле вертикальную нагрузку на подкронблочную раму вышки при движении крюка
Весами штропов и элеватора можно пренебречь, тогда
Рк = (260·2300+1560·200)·(1 - 1,2/7,85) = 770 кН или 0,77 МН.
Вес подвижной части талевой системы
г
де Gкб=12,7 кН — вес крюкоблока ТБК4-140Бр; GTк= lтк·qк; lтк=lб·uтс — длина талевого каната в оснастке 4х5 между талевым блоком и кронблоком; lб =40 м — расстояние между кронблоком н талевым блоком в нижнем положении крюка; uтс = 8-кратность полиспаста; qк = 34 Н/м— вес талевого каната (для каната диаметром 28 мм по ГОСТ 16853—79).
Тогда
 К. п. д. талевой системы
В
ертикальная нагрузка на подкронблочную раму вышки при движении
Пример 19.2 Определить горизонтальную составляющую силы, действующей на кроиблок от натяжения ведущей и неподвижной струн талевого каната, для условий, принятых в предыдущем примере, если точки касания струн талевого каната и кронблока находятся на противоположных сторонах от точек крепления: неподвижной — 3 м и ведущей — 7 м; высота вышки h=45 м.
Р
ешение.
Горизонтальные составляющие сил:
при неподвижной талевой системе (Рк=770 кН, кратность полиспаста uтс =8);
п
ри подъеме бурильной колонны
ч
то допустимо, так как по нормам Р'Г< 15 кН.
Пример 19.3 Определить ветровую нагрузку, действующую на мачтовую вышку ВМ-42-140. Нормативный напор ветра q0=700 Па, высота вышки h =45 м, нижняя часть вышки обшита на высоту hi,= 10 м, высота основания h0=5 м, балкой на высоте hб =24 м имеет сплошную обшивку высотой 4 м; фермы мачты — решетчатой конструкции с маршевыми лестницами до балкона.
Решение.
Р
авнодействующие для каждой секции мачты определяем по формуле
где р = 2; площади панелей Si = 100м2. S2=80м2. S3=20м3, S4=54 м4; коэффициенты заполнения панелей; φ1= φ3=1; φ2= φ4=0,15; поправочный коэффициент высоты c1=l,2; c2 = 1,4; c3= 1,45; с4=1,8; аэродинамический коэффициент m2=1,4; m4=1 (панель из труб). Равнодействующие силы от ветрового давления на вышку:
О
бщее горизонтальное усилие от ветровой нагрузки, действующее на вышку
19.4 Основания вышек для бурения на суше
Основанием называется металлическая конструкция, собираемая из отдельных сварных секций (ферм) и устанавливаемая на поверхности земли; над ней располагается буровая вышка. Фермы основания свариваются из профильного проката или из труб. Размеры каждой секции определяются транспортными возможностями. Па основании устанавливают ротор и другое оборудование, а в пространстве между устьем скважины и ротором монтируют оборудование для герметизации устья.
На основание действуют нагрузки от веса вышки и усилий, возникающих в процессе проводки скважнны, вес находящегося на полу бурового оборудования и свечей в магазинах или вес колонны, установленной на роторе.
Конструкции оснований вышек весьма разнообразны. Основным требованиями, предъявляемыми к ним, являются:
– обеспечение необходимых размеров пола буровой и пространства для монтажа оборудования для герметизации устья скважины;
– прочность и жесткость для восприятия всех действующих нагрузок;
– быстрота и удобство монтажа, демонтажа и транспортировки;
– сохранность при многократных транспортировках с одной точки бурения на другую и монтажах.
Основание вышечно-роторного блока буровой установки рассчитывается на действие различного сочетания нагрузок на крюке, веса пакета свечей и оборудования, размещенного на полу буровой. Высота пола буровой зависит от класса установки.
Основание представляет собой сварную сборную конструкцию, в передней части которой расположены наклонные мостки и трап для затаскивания труб в буровую. Задняя часть снабжена продольными балками, связанными траверсой и образующими основание для установки буровой лебедки на расстоянии около 2,1м от земли, что при монтаже позволяет сгружать и устанавливать лебедку без ее подъема. Основания буровых установок универсальной монтажеспособности снабжаются поперечной балкой длиной 12м с кронштейнами на концах для соединения при перевозках на тяжеловозах. Такая длинная балка позволяет подводить тележки тяжеловозов при перевозках по широкой колее, приподнимать и увозить блок. При этом значительно быстрее можно демонтировать блок в зимний период, так как не требуется освобождать от льда все опоры перед перевозкой.
Параметры оснований вышки
Основные параметры основания — наибольшая нагрузка, отметка пола буровой, площадь подсвечников. Наибольшая нагрузка определяется максимально допустимой нагрузкой на ротор и нагрузкой на подсвечник, которые создаются весом бурильной колонны при наибольшей глубине бурения. Отметка пола буровой определяется двумя факторами: высотой пространства для размещения оборудования для герметизации устья скважины и высотой, необходимой для стока бурового раствора, выходящего из скважины к системе его очистки.
Высота пола буровой для установки оборудования с целью герметизации устья скважины определяется как сумма высот отдельных устройств, входящих в комплект сборки, с учетом высоты установленного на подроторные балки ротора (рис. 19.5):
Н = h1+h2+h3+δ1
где h1 = 0,5м — высота колонного фланца устья скважины от поверхности земли; h2 — высота стволовой части оборудования для герметизации устья; h3 — расстояние от пола буровой до нижней части ротора; δ1 = 0,5…0,7м —зазор между торцом верхнего превентора и ротором.
П лощадь подсвечников — вместимость магазинов
Fп = kFт.
где k = 1,25 — коэффициент запаса площади; Fт — теоретическая площадь подсвечников, м
Fт= D2 ·n
(D— диаметр замка трубы, м; n —L/l — число свечей; L — глубина скважины, м; l — длина свечи, м).
В табл. II.2 приведены параметры оснований по ОСТ 26-02-807—76.
Основания силовых приводов, трансмиссий и насосов имеют размеры, необходимые для установки
оборудования. Они разбираются на отдельные секции, допускающие перевозку по железным или автомобильным дорогам.Соединенные секции этих основании образуют единый блок.
Высота оснований силового блока составляет 2—2,3 м для удобства монтажа на нем оборудования, а насосного блока — 0,95 м. Каждая секция основания представляет собой жесткую пространственную сварную ферму из профильного проката, нижняя часть которой выполнена в виде салазок для передвижения волоком по промыслу, а верхняя образует площадку, на которой установлено все оборудование.
Таблица II.2
Параметры оснований установок для эксплуатационного глубокого бурения
Параметры
|
Класс буровой установки
|
1
|
2
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
10
|
11
|
БУ-1250
|
БУ-1600
|
БУ-2500
|
БУ-3200
|
БУ-4000
|
БУ-5000
|
БУ-6500
|
БУ-8000
|
БУ-11000
|
БУ-12500
|
Допускаемая нагрузка в МН на:
подроторные балки
подсвешники
|
2
0,48
|
2
0,6
|
3
1,2
|
4
1,25
|
4
1,5
|
4
2,2
|
4
2,4
|
5
3,0
|
6,3
3,8
|
8
4,8
|
Отметка пола буровой, м не менее
|
3
|
5
|
5,5
|
6
|
6
|
8
|
8
|
9
|
-
|
-
|
Полезная площадь подсвешников, м2
|
2
|
2,5
|
5
|
5
|
8
|
8
|
10
|
12
|
16
|
20
|
Пол застилается рифленым железом. Оборудование и проходы защищены перилами и каркасами. Основания соединяются с подвышечным блоком и между собой хомутами и стяжками.
19.5 НАГРУЗКИ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ НА ОСНОВАНИЕ ВЫШКИ
В процессе бурения скважин характер нагружения основания вышки меняется в зависимости от выполняемых операций.
Опасными для прочности основания могут быть три случая нагружения.
1. Полный комплект свечей бурильной колонны весом Gc находится на подсвечниках, крюк нагружен максимальной нагрузкой Рк. Например, прихват в конце подъема бурильной колонны, натяжение при спуске обсадной колонны, ветровая нагрузкаq0 на вышку до 250 Па (рис. 19.6, а).
Н а основание одновременно действуют все вышки GB, нагрузка на крюке Рк, вес оборудования, настилов, укрытий, ограждений и других элементов, смонтированных на полу буровой Gоб, и вес комплекта свечей Gc,
О
бщая вертикальная нагрузка на основание вышки
Если неподвижный конец каната прикреплен к тому же элементу основания, что и шарнир ноги вышки, то он нагружает только шарниры и ногу вышки, не увеличивая осевой нагрузки на основание. Ведущая струна каната при натяжении как бы уменьшает действие силы тяжести лебедки на основание, но увеличивает нагрузку на ногу вышки. Если лебедка устанавливается на основание силового блока, то вертикальная составляющая тягового усилия ведущей струны создает дополнительную нагрузку на ногу пышки, а горизонтальная составляющая— опрокидывающий момент, что надо учитывать при определении устойчивости вышки.
2
. Полный комплект свечей бурильной колонны установлен на подсвечнике Gc, а на ротор установлена обсадная колонна максимального веса Ск, на вышку действует ветровая нагрузка q0, а крюк не нагружен (рис. 19.6,б). На основание действует также вес вышки GB и оборудования Gоб
3. Основание транспортируется с комплектом смонтированного на нем оборудования, с вышкой или без нее в зависимости от конструкции. Транспортировка осуществляется в наиболее неблагоприятных дорожных условиях, наклоны продольные и боковые, вызывающие смещение центра тяжести, ухабы и т.д. (Многократная погрузка, разгрузка и транспортировка оснований не должна нарушать их прочность, жесткость и форму).
Нагрузки, действующие на фундамент или грунт
В процессе строительства скважины в зависимости от ее глубины и конструкции на основание действуют различные по величине нагрузки. Они передаются опорной поверхностью основания на грунт или промежуточный фундамент. Площадь основания может быть найдена из формулы
г
де Gф=Gо + Gос — наибольшая нагрузка на фундамент, Н; G0 — нагрузка на основание, выбирается наибольший из G01 и G02; Gос — вес основания, Н; σг — допускаемое напряжение сжатия грунта или промежуточного фундамента, МПа.
Допустимые напряження сжатия σсж, в МПа для некоторых материалов приведены ниже.
Бетон 0,7…3,5 Грунт скальный 1,5…2,0
Сосна вдоль волокон 3,0…3,5 Гравий и песок компактный 0,5…0,8
Сосна поперек волокон 0,5…2,2 Твердая глина 0,2…0,4
Кирпич 0,8…5,0 Мягкая глина 0,1…0,2
В тех случаях, когда действующие напряжения на фунт превышают допустимые, выкладывается промежуточный фундамент различной конструкции и глубины, который должен обеспечить удобное размещение и устойчивость бурового оборудования и исключить, его сильные вибрации в период строительства скважины и промысловогоо оборудования в период эксплуатации.
Срок службы фундамента должен быть не менее срока эксплуатации скважины. Нулевая отметка фундамента должна быть выше уровня поверхности грунта при конечной осадке при действии максимальной нагрузки. Площадь фундамента должна обеспечивать возможность перемещения и работы па нем монтажных и транспортных средств.
19.6 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 д.сч обеспечения устойчивости во время бурь и сильных ветров.
 М омент, опрокидывающий вышку на основание (точка В на рис. 19.7):
Pt — 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; hв — 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
 где GB — сила тяжести ненагруженной вышки, Н; l—расстояние от оси О—О скважины до точки В крепления подкоса, м.
Д
ля обеспечения устойчивости необходимо, чтобы
Основное условие устойчивости
где k=1,15…1,2 — запас устойчивости; Мув — восстанавливающий момент, создаваемый силами системы относительно линии опрокидывания; М0 — опрокидывающий момент, создаваемый внешними силами системы относительно той же линии опрокидывания.
М
омент опрокидывания сооружения основание — мачта от носительно точки А при установке лебедки ниже пола буровой и креплении неподвижной струны каната
|
|
|
Скачать 341.5 Kb.