2 Определение нагрузки на кронблок при различных способах закрепления талевого каната

Существует три способа крепления неподвижного конца талевого каната:

- на неподвиж­ном барабане рядом с ногой вышки (рисунок 1,а);

- за тале­вый блок (рисунок 1,б);

- за кронблок (рисунок 1,в)

Рисунок 1 - Способы крепления неподвижного конца талевого каната

1 – кронблок; 2 – талевый блок

Пример 3. Определить нагрузку на кронблок Q_KБ, при закреплении непо­движного конца каната различными способами (рисунок 1). Оснастка талевой системы 4Х5, нагрузка на крюке Q_КР = 100 тонн. Трение и жесткость каната не учитываются (система находится в покое).

Решение

Случай I. Неподвижный конец каната закреплен на неподвиж­ном барабане рядом с ногой вышки (рисунок 1).

Из уравнения равновесия нагрузка на кронблок

Q_KБ = Q_КР + 2∙Т

где Т – нагрузка на канат, т

Если провести сечение между кронблоком и талевым блоком, то можно записать, что

Т₁ = Т₂ = Т₃ = Т₄ = Т₅ = Т₆ = Т₇ = Т₈ = Т

Q_KБ = 2∙Т + Т₁ + Т₂ +……….+ Т₈ = 10∙Т

или

Q_KР = Т₁ + Т₂ +……….+ Т₈ = 8∙Т

откуда

Т = Q_KР / 8 = 100 / 8 = 12,5 т

Q_KБ = 100 + 2∙12,5 = 125 т

Случай II. Неподвижный конец каната прикреплен к тале­вому блоку (рисунок 2).

Q_KБ = Q_КР + Т

Q_KБ = Т₁ + Т₂ +……….+ Т₉ + Т = 10∙Т

или

Q_KР = Т₁ + Т₂ +……….+ Т₉ = 9∙Т

откуда

Т = Q_KР / 9 = 100 / 9 = 11,1 т

Q_KБ = 100 + 11,1 = 111,1 т

Случай III. Неподвижный конец каната прикреплен к кронблоку (рисунок 3).

Q_KБ = Q_КР + Т

Q_KБ = Т₁ + Т₂ +……….+ Т₈ + Т = 9∙Т

или

Q_KР = Т₁ + Т₂ +……….+ Т₈ = 8∙Т

откуда

Т = Q_KР / 8 = 100 / 8 = 12,5 т

Q_KБ = 100 + 12,5 = 112,5 т

Исходя из расчетов, можно сделать вывод, что для одного и того же числа ка­натных шкивов талевой системы при одной и той же нагрузке на крюк натяжение каната и нагрузка на кронблок бу­дут наименьшими, если неподвижный конец каната крепится к талевому блоку.

Однако в этом случае нес­колько нарушается равно­мерность распределения нагрузки на ноги вышки. Способ закрепления тале­вого каната, указанный в случае I, применяется при больших нагрузках (буре­ние), а в случаях II и III – при малых нагрузках, чаще всего во время эксплуата­ции скважины.

Только в случае I можно установить прибор для замера натя­жения неподвижного конца каната в непосредственной близости от рабочего места бурильщика. В случае III возможно установить этот прибор вблизи кронблока. Однако при работе последней схемы установки возникают значительные осложнения, и, кроме того, бурение в этом случае сопряжено с риском.

3 Выбор типа буровой установки

В настоящее время ГОСТ 16293-89 классифицирует 12 классов буровых установок с допускаемой нагрузкой на крюке от 800 до 10000 кН и условной глубиной бурения от 1250 до 16000 м (рисунок 4).

Допускаемая нагрузка на крюке характеризует способность подъемного комплекса буровой установки воспринимать все виды вертикальных нагрузок от массы бурильного инструмента или обсадной колонны, а также нагрузок при ликвидации аварий и осложнений в скважине.

Рисунок 4

Каждый класс буровых установок имеет ряд параметров (таблица 3).

Таблица 3 – Основные параметры буровых установок

	Класс БУ
	6	10
Условный диапазон бурения, м	2500…4000	6500…10000
Допускаемая нагрузка на крюке, кН	2500	6300
Наибольшая оснастка т/с	5Х6	7Х8
Диаметр тал/каната, мм	28; 32	38; 42
Мощность на входном валу подъемного агрегата, кВт	670…900	2200…2950
Проходной диаметр стола ротора, мм	560	950
Число буровых насосов, не менее	2	2
Мощность привода бурового насоса, кВт	475; 600; 750	1180

При выборе буровой установки условная глубина бурения в каждом кон­кретном случае может быть уменьшена или увеличена в зависимости от типа и веса бурильных труб и компоновки бурильной колонны.

Однако во всех случаях должно соблюдаться условие

где G_БКmax - максимальный вес бурильной колонны, Н;

Н_УСЛ - условная (рекомен­дуемая) глубина бурения, м;

300 - вес 1 м бурильных труб, Н/м

Тип привода буровой установки выбирается в зависимости от степени обустройства конкретного региона.

Пример 4. Вычислить глубину бурения буровой установкой БУ5000ЭУ при весе 1 м бу­рильных труб 270 и 360 Н/м.

Решение

Максимальная масса БК

При весе 1 м бурильных труб 270 Н/м данной установкой можно бурить до глубины

Н = 1650000 / 270 = 6111 м

При весе 1 м бурильных труб 360 Н/м

Н = 1650000 / 360 = 4583 м

Пример 5. Выбрать буровую установку для бурения скважины проектной глуби­ной Н = 4500 м со следующей конструкцией:

Наименование обсад­ной колонны	Диаметр dК, мм	Толщина сте­нок, мм	Глубина спус­ка, м	Вес 1 м колон­ны, Н/м
Кондуктор	351	10	450	825
Промежуточная	244,5	10	3500	569
Эксплуатационная	146	8, 9 и 10	4500	313*

* Усредненный вес колонны

Для бурения скважины до проектной глубины применяются бурильные трубы диа­метром 127 мм, УБТ длиной 150 м и диаметром 178 мм (q_УБТ = 1530 Н/м). Вес бурильных труб q_БТ = 287,4 Н/м. Район буровых работ электроэнергией не обеспечен.

Решение

Вес кондуктора G_к = l_к · q_к = 450 · 825 = 371250 Н = 0,37 МН.

Вес промежуточной колонны

G_п = l_п · q_п = 3500 · 569 = 1991500 Н = 1,99 МН.

Вес эксплуатационной колонны

G_эк = 4500 · 313 = 1408500 Н = 1,41 МН.

Вес бурильной колонны с УБТ

G_БТ + G_УБТ = 4350 · 287,4 + 150 · 1530 = 1479690 Н = 1,48 МН.

Таким образом, наибольшую нагрузку буровая установка будет испытывать при спуске промежуточной колонны.

Максимальные нагрузки с учетом расхаживания

- от веса бурильной колонны увеличиваются на 25%:

G_БК = 1,48 · 1,25 = 1,85 МН

- от веса наиболее тяжелой обсадной колонны увеличиваются на 15%:

G_п = 1,99 · 1,15 = 2,29 МН

Для бурения данной скважины рационально использовать установку БУ5000ДГУ-1 с дизель-гидравлическим приводом, поскольку нагрузка от наибо­лее тяжелой обсадной колонны меньше максимальной для данного класса буровой установки (6 класс с допускаемой нагрузкой на крюке 2500 кН): 2,29 < 2,5 < 3,2.