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 типа

Цель 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.

Рис.1. Нагрузка на крюк при подъеме инструмента из наклонных скважин

Рис. 2. Схема сил, действующих на верхнюю раму вышки при оснастке с мертвым концом каната

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 ???? - гибкость стержня, равная ????∙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 ???? - гибкость стержня, зависящая от его длины, размеров и формы поперечного сечения (для деревянных конструкций ???? , для стальных ???? .

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

---

Смотрите также файлы

• .docx

• Учебноисследовательский проект Использование аббревиатур и сокращений в разговорной речи и переписке.docx

• В российской федерации е. П. Забелина.docx

• Задания для практической работы.docx

• Синтаксис. Пунктуация.docx