31. Буровые вышки. Назначения, основные требования, классификация. Башенные и мачтовые вышки. Основные параметры и технические характеристики. Классификация нагрузок, действующие на буровые вышки.

Буровая вышка представляет собой металлическое сооружение над устьем скважины, предназначенное для установки талевого механизма, устройств для механизации спуско-подъемных опера­ций и размещения бурильных свечей. От технического совершен­ства буровой вышки существенно зависят монтажеспособность и транспортабельность буровой установки, а также эффективность и безопасность бурения. Отказы буровой вышки способны вызвать тяжелые последствия, поэтому надежность и прочность — перво­степенные требования, предъявляемые к буровым вышкам. Эти качества должны сочетаться с технологичностью и легкостью вы­шек, способствующих повышению экономичности и ускорению вышкомонтажных работ.

По числу и расположению несущих элементов (ног) буровые вышки подразделяются на башенные и мачтовые.

В башенных вышках нагрузка передается более чем на две опоры, располо­женные в вершинах многоугольника. В вышках мачтового типа нагрузка передается на одну или две опоры. В зависимости от способа спуско-подъемных операций различают буровые вышки с устройствами для ручной и механизированной расстановки свечей.

 Классификация: По назначению: •для агрегатов капитального ремонта скважин; •для передвижных (мобильных) буровых установок; •для кустовых и стационарных буровых установок; •для морских буровых установок. 

Наиболее полно технические возможности буровой вышки харак­теризуются грузоподъемностью, определяющей допускаемую на­грузку при заданной кратности оснастки талевого механизма.

Высота вышки, согласно ГОСТ 12.2.041—79, должна обеспе­чивать безопасность работ при подъеме талевого блока на мак­симальной скорости с учетом запаса высоты для установки огра­ничителя подъема талевого блока.

Различают полезную и конструктивную высоты вышки. По­лезная высота измеряется расстоянием от пола буровой до верх­ней плоскости подкронблочной рамы. Конструктивная высота со­ответствует расстоянию от опоры вышки до верхней плоскости подкронблочной рамы. Полезная высота совпадает с конструктив­ной, когда опоры вышки располагаются на уровне пола буровой.

Исходя из требований, обеспечивающих безопасность спуско-подъемных операций, полезная высота вышки

H=h1+h2+h3+h4

Площадь магазина должна быть достаточной для размещения бурильных свечей и запаса бурильных труб, предназначенного для замены отбракованных труб и аварийных работ:

F=1.2*L*f/l_св

где F— площадь магазина; L — наибольшая глубина бурения; /— площадь по диаметру бурильного замка.

Размеры основания (нижней базы) вышки должны обеспечи­вать возможность размещения и технического обслуживания бу­ровой лебедки, ротора, напольного бурового ключа, подсвечников, пульта управления и другого оборудования, устанавливаемого на полу буровой. Согласно нормам, расстояния между внутренними гранями ног на уровне пола буровой составляют (в м):

Для башенных вышек высотой, м:
40—42	8X8
53—54	10X10
Для мачтовых вышек (в зависимости от их высоты и грузоподъемности)	5,5; 7; 9; 11

Масса вышки — один из параметров, характеризующих ее тех­ническое совершенство по материалоемкости. Материалоемкость вышек оценивается по удельной массе:

m_уд=М_выш/G_выш*Н

где Мвыш — масса  вышки,  кг;   GBbim — грузоподъемность вышки, кг; Н — высота вышки, м.

ОСНОВЫ РАСЧЕТА БУРОВЫХ ВЫШЕК

Буровые вышки характеризуются двумя предельными состо­яниями:

по потере несущей способности, наступающей при нагрузках, которые вызывают разрушение либо потерю устойчивости буровой вышки;

по деформации, при достижении которой буровая вышка со­храняет прочность и устойчивость, но оказывается непригодной для нормальной эксплуатации.

Каждое из указанных предельных состояний характеризуется определенным условием.Условие первого предельного состояния (по несущей способности) N<=Ф

где N — расчетное  (наибольшее)  усилие в рассматриваемом эле­менте буровой вышки; Ф — предельное усилие, определяющее не­сущую способность   (наименьшую)  рассматриваемого элемента. Условие второго предельного состояния буровой вышки (дельта меньше дельта предельного)

где А — наибольшее отклонение наголовника вышки от оси ротора и скважины; Дпр — предельное перемещение наголовника вышки, ограничивающее возможность ее нормальной эксплуатации

Для расчета буровых вышек действующие нагрузки целесооб­разно разделить напостоянные, эксплуатационные и ветровые. Такая классификация более простая и удобная по сравнению с принятым разделением действующих нагрузок на основные и дополнительные, которые, в свою очередь, подразделяются на по­стоянные, временные, длительные и кратковременные.

К постоянным нагрузкам, пользуясь принципом классификации нагрузок, предложенной Н. С. Стрелецким, относят собственный вес буровой вышки и установленного на ней оборудования, сохра­няющий свое значение в течение всего периода эксплуатации.

К эксплуатационным нагрузкам относят нагрузку на крюке, натяжение ходовой и неподвижной ветвей талевого каната, на­грузку от комплекта бурильных труб, установленных на подсвеч­никах.

Ветровые нагрузки зависят от природно-климатических усло­вий эксплуатации буровых вышек.

Вертикальные нагрузки распределяются между ногами вышки. Расчетное усилие на опору башенной вышки от вертикальных на­грузок

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ  

Наименование/ Характеристики	Вышки передвижных буровых установок			Вышки кустовых буровых установок			Вышки стационарных буровых установок
	УМ 31/160 ОГ-Р	УМ 31/175 ОГ-Р	УМ 45-225Р	УМ 45/ 250Р	УМ 45/ 270Р	УМ4 45/ 450АР	УМ 45/ 320А	BMP 45/ 320-II	УМ 46/ 320 ОГ-Р	УМ4 45/ 500 АР-СВП	УМ 46/ 600 ОГ-Р
Допускаемая нагрузка на крюке, тс	160	175	225	250	270	450	320	320	320	500	500
Максимальная статическая нагрузка (по API спецификация 4F), тс	190	210	270	300	325	540	385	385	385	600	600
Расстояние от стола ротора до нижней кромки рамы кронблока, м	31.0	31.0	45.65	44.8	44.8	45.3	44.86	44.86	46	45.4	46
Расстояние между осями опорных нижних и верхних шарниров, м	34.66	34.66	47.55	47.56	47.56	44.5	47.56	47.56	45.4	45.4	45.4
База нижняя (расстояние между осями опорных шарниров ног вышки), м
вдоль оси приемного моста	1.5	1.5	-	-	-	11.0	-	-	-	11.0	-
поперек оси приемного моста	3.2	3.2	10.3	10.3	10.3	8.0	10.3	10.3	10.0	8.0	10.0
База верхняя (расстояние между опорами рамы кронблока), м
вдоль оси приемного моста	0.91	0.91	2.3	2.3	2.3	3.1	2.3	2.3	2.6	3.1	-
поперек оси приемного моста	1.7	1.7	2.6	2.93	2.93	2.145	2.93	2.93	2.6	2.2	-
Ёмкость магазина для труб, м
БТ-114 мм	3180	3780	4950	5625	5625	-	-	-	-	-	6750
БТ-127 мм	2700	3060	4500	5000	5000	-	-	-	-	-	5400
БТ-147 мм	-	-	3750	4500	4500	-	-	-	7000	-	4860

Технология бурения нефтяных и газовых скважин.