11.6. Устойчивость буровых сооружений.

В ышки 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 для обеспечения устойчивости во время бурь и сильных ветров.

Момент, опрокидывающий вышку на основание (точка В на рис. 6):

М_ов = Р_гh + Р_г.вт(h_в – H) + Р_г.с.h_п .

где Р_г - горизонтальная составляющая от усилия натяжения ведущей и ведомой струн талевого каната, Н;

Р_г.вт - равнодействующая от ветрового давления на вышку, Н;

Р_г._с — горизонтальная составляющая от веса пакета свечей, Н; h - высота вышки, м;

h_B – Н - расстояние от опорной поверхности вышки до точки приложения ветровой нагрузки, м;

h_п — расстояние от опорной поверхности вышки до верхнего магазина пакета свечей, м.

Момент устойчивости вышки на основании

М_ув = G_вℓ

где G_B - сила тяжести ненагруженной вышки, Н;

ℓ - расстояние от оси О—О скважины до точки В крепления подкоса, м.

Для обеспечения устойчивости необходимо, чтобы

М_ув = М_оk.

Основное условие устойчивости

k = М_ув / М_о .

где k = 1,15 – 1,2 запас устойчивости; М_ув – восстанавливающий момент, создаваемый силами системы относительно линии опрокидывания; М_о – опрокидывающий момент, создаваемый внешними силами системы относительно той же линии опрокидывания.

Момент опрокидывания сооружение основание – мачта относительно точки А при установке лебедки ниже пола буровой и креплении неподвижной струны каната

М_о = Р_г(Н+h) + Р_г.втh_в .

Момент устойчивости сооружения основание – мачта

М_ус = (G_в + G_о)b.

где: G_о – вес основания, Н;

b – расстояние от оси скважины О-О до точки А, м.

При ураганных скоростях ветра, превышающих нормы, для увеличения восстанавливающего момента и устойчивости сооружения необходимо не только нагрузить талевую систему, но и ротор, поставив часть колонны на элеватор.

Опрокидывающий момент вычисляется как сумма моментов всех сил, опрокидывающих систему:

М_о = Р₁x₁ + Р₂х₂ + ….Р_nx_n .

Здесь: Р₁, Р₂, …, Р_n – внешние силы; х_1, х₂, …, х_n – соответственно, их плечи.

Аналогично вычисляется восстанавливающий момент.

При расчете устойчивости вышки принимают одну оттяжку, так как добиться одинакового натяжения оттяжек трудно, а излишнее предварительное натяжение может вызвать дополнительные горизонтальные силы. Поэтому в рабочем положении без ветра оттяжки должны иметь слабину и одинаковую стрелу провеса.

Натяжение оттяжки сооружения вышка — основание

N = М_ос / С = М_ос / (a + b)sin ,

где: а - расстояние от оси скважины до точки крепления оттяжки;

- угол между оттяжкой и поверхностью земли.

В зависимости от действующей силы в оттяжке выбирают ее диаметр с учетом коэффициента запаса прочности каната, обычно равного 2—3, если оттяжки устанавливают параллельно или в два яруса, то этот коэффициент снижают до 1,5—2. Если оттяжки укреплены под углом к нормальной плоскости, то расчет уточняется с учетом этого угла.

11.7 Пример 5. Определить запас устойчивости вышки для условий примера 4, если вес вышки с оснасткой G_B=350 кН, а расстояние от ее оси до точки опрокидывания ℓ = 10,76 м.

Момент опрокидывания вышки:

М_ов = Р_г.вт1* ℓ₁ + Р_г.вт2* ℓ₂ + Р_г.вт3* ℓ₃ + Р_г.вт4* ℓ_{4 ,}

где: ℓ₁ = 5; ℓ₂ = 17; ℓ₃ = 26; ℓ₄ =36 м - расстояния от основания вышки до точек приложения равнодействующих сил ветрового давления на панели вышки.

Тогда: М_ов = 168*5+33*17+40*26+20*36=3161 кН.

Момент устойчивости вышки:

М_ув = G_B* ℓ = 350*10,76 = 3766 кН.

Запас устойчивости:

K = М_ув / М_ов = 3766 / 3161 = 1,19, что достаточно.

11.8. Задание к расчету. Определить запас устойчивости вышки для условий примера 4, если вес вышки с оснасткой (см. табл. далее), а расстояние от ее оси до точки опрокидывания (см. табл. далее):

N вар.*	Вес вышки с оснасткой, GB, кН	Расстояние от ее оси до точки опрокидывания, ℓ, м.	N вар.*	Вес вышки с оснасткой GB, кН	Расстояние от ее оси до точки опрокидывания, ℓ, м.
1	200	9,0	13	200	11,0
2	210	9,0	14	210	11,0
3	220	9,0	15	220	11,0
4	230	9,0	16	230	11,0
5	240	9,0	17	240	11,0
6	250	9,0	18	250	11,0
7	260	9,0	19	260	11,0
8	270	9,0	20	270	11,0
9	280	9,0	21	280	11,0
10	290	9,0	22	290	11,0
11	300	9,0	23	300	11,0
12	310	9,0	24	310	11,0
*Примечание. Номер варианта соответствует номеру в списке журнала группы.