§ 2. Типы, параметры, классификация

Буровые вышки и мачты характеризуются следующими основными параметрами: 1) грузоподъемностью; 2) высотой; 3) емкостью мага­зинов.

Грузоподъемность — максимальная статическая на­грузка на крюке, определяется размерным рядом буровых установок для эксплуатационного и глубокого разведочного бурения на нефть и газ.

Максимальная статическая нагрузка на крюке принимается в зависимости от массы обсадной колонны и возможных аварийных случаев «прихвата» инструмента. Она является расчетной при про­ектировании и указывается в паспорте.

Уменьшение веса колонны труб при погружении ее в жидкость во время определения силы тяжести не учитывается, так как оно условно принимается равным увеличению нагрузки от колонны за счет сил трения ее о стенки скважины.

Высота вышки — расстояние от пола буровой до верхней кромки подкронблочных балок принимается в зависимости от эко­номии времени, затрачиваемого на спуско-подъемные операции све­чей различных длин.

У вышек различают полезную и конструктивную высоты.

Полезная высота — расстояние от стола ротора до верхней плоскости подкронблочных балок.

Конструктивная высота:

а) для вышек башенного типа — от низа опорной плиты до верх­ ней плоскости подкронблочных балок;

б) для вышек мачтового типа — от центра опорного шарнира до верхней плоскости подкропблочных балок.

При увеличении длины свечи сокращаются машинно-ручные опе­рации вследствие уменьшения количеств свинчиваний и развинчи­ваний.

Однако следует учитывать, что вследствие увеличения длины свечи увеличивается высота вышки, что в свою очередь усложняет условия монтажа и транспортирования последней.

324

Ориентировочно высота вышки (рис. XV-4)

г, i г, i г, _\_ Ъ / Y V 4 \

"1 "т" ""2 ~т~ 3 i "4» \" ' ~^/

где а! — расстояние от пола буровой до нижнего конца ниппеля,

принимаемое в пределах 1,2 — 1,5 м;

h₂ — расстояние от нижнего конца ниппеля до центра про­ушин элеватора; это расстояние определяется прежде всего длиной свечи и колеблется в пределах 27 — 28м для вы­шек высотой- 41 л* и 37 — 38 и* для вышек высотой 53 .м: А₃ — длина штропов, крюка и талевого блока или крюкоблока^

принимаемая в пределах 7—8 м; А₄—просвет между талевым блоком в верхнем положении

и кронблоком, принимаемым в пределах 3 — 6 м. Длина свечи, состоящей из нескольких труб,

L— а

nl,

(XV-2)

где а — величина, определяющая влияние длины замков и соединительных муфт; п — число труб в свече; /—длина трубы.

Емкость магазинов проектирует­ся в зависимости от диаметра и длины мак­симальной колонны бурильных труб. Опреде­ляется она количеством метров бурильных труб, способных разместиться в магазине на расстоянии, возможном для работы верхнего рабочего. Теоретическая емкость магазина, подсчитанная по размерам труб, не отвечает практической емкости, поскольку трубы в рядах не удается устанавливать точно.

Практическая площадь магазина

J? V V /YV 41

"а ⁼ •"-J'_T, (•"* * -О)

где ^ — теоретическая площадь магазина;

К — коэффициент увеличения площади, принимаемый равным 1,15.

Емкость магазинов для вышек различных типоразмеров приведена в табл. XV-1.

Помимо указанных основных параметров, вышки характеризуются: 1) отметкой высоты, размещения балконов; 2} размерами верхнего _{р ху} . _с и нижнего оснований и 3) высотой ворот для определению высоты вышек башенного типа. вышки.

325

Таблица XV-1 Емкости магазинов для вышек различных типоразмеров

для труб	Башенные вышки		Мачтовые вышки
мм	41x200	53x320	40x140	42x200	42X250	53x250
114	4500	7000	2800	4500	5500	5500
127	4000	6500	2300	4000	5000	5000
140	3500	5500	2200	3500	4500	4500

1. Отметка высоты расположения балконов

(XV-4)

rl f* (\ G Г1 _!._ /•• — /?

Л "— * ръ ^"^ *** ^ '"1 '^2'

где А_ев — длина свечи;

а—угол наклона свечи к вертикали; hi—высота подсвечника;

свечи до пола

Л₂ — отметка балконов от верхнего конца

люльки.

Угол наклона принимается равным 1,5°; высота подсвечника 0,3—0,5 At, величина h_z составляет 1,5—1,6 м.

2. Размеры верхнего основания определяются условиями про­ пуска кронблоков для установки их на подкронблочных балках. Размеры нижнего основания определяются габаритами размещаемого оборудования и средств механизации.

3. Высота ворот для вышек башенного типа определяется из условия свободного затаскивания с мостков рабочей трубы с вертлю­ гом, бурильной свечи из двух труб и обсадных труб и составляет не менее 10 м.

Стандартизация вышек

Нормалью H90Q-66 «Установки буровые для эксплуатационного и глубокого разведочного бурения» определяются типы и основные параметры буровых вышек (табл. XV-2).

В буровых установках грузоподъемностью более 100 т принима­ются вышки двух типов — мачтовые и башенные.

Буровые установки грузоподъемностью 50, 80 и 100 т комплек­туются вышками исключительно мачтового типа. Скважины с помощью этих установок бурятся достаточно быстро; поэтому чрезвычайно важно, чтобы монтаж бурового оборудования (в частности, вышек) осуществлялся в короткие сроки.

Вышки мачтового типа удовлетворяют требованиям скоростного монтажа благодаря секционности, малому числу монтажных узлов и крепежных деталей. Выбор их определяется условиями бурения (глубиной скважины, числом долблений, скоростью проходки и т. д.) и последующего транспортирования.

Вышки каждого типоразмера выполняются нескольких конструк­ций. Их специфика определяется особенностями буровой установки.

326

Таблица XV-2 Типы ц основные параметры буровых вышек

Параметры	Класс буровой установки
	ву-50	БУ-80	БУ-100	БУ-125	БУ-160	ЕУ-200 [БУ-250
	Тип вышки
	мачтовая			мачтовая или башенная		башенная
Максимальный вес на крюке в Т (оснастка)	НО (4X5)	140 (4x5)	170 (5X6)	200 (5X6)	250 (6X7)	320 (6X7)	450 (6X7)
Высота вышки от по­ла буровой до верхней опорной плоскости под-кронблочной рамы, м	40	42			42 или 53	53	54
Полезная площадь ма­газина, л2	2,5	5,0		8,0		10,0	12,0
Ориентировочная мас­са, т	12	20	23	28	40	48	65

Например, мачтовая вышка ВМ41-125 в зависимости от компоновки буровой установки может быть выполнена А-обраВной формы или по схеме вышки с передней открытой гранью, а вышки башенного типа — с крестовой, ромбической или иной решеткой.

Несмотря на значительные конструктивные различия узлов и отдельных деталей, вышки выполняются с максимальной унифика­цией.

Например, маршевые лестницы, стремянки, ограждения и пере­ходные площадки собираются из однотипных узлов. В ряде случаев у разных вышек А-образной формы унифицированы целые секции. Несущая способность конструкции регулируется толщиной деталей, из которых они собираются. По аналогичной схеме решаются кон­струкции ног трубных А-образных вышек грузоподъемностью 125 и 200 т. Длина секций, конфигурация и размеры сечений при этом выполняются одинаковыми. Различной остается лишь толщина стенок несущих поясов и раскосов.

Большое внимание уделяется взаимозаменяемости таких деталей, как: косынок, ребер жесткости, опорных узлов, крепежных изде­лий, фланцев, регулируемых тяг и т. п.

Максимальная унификация и нормализация узлов и деталей превращают монтаж вышек в механизированный процесс сборки из крупнопанельных узлов и узлов полной заводском готов­ности.

327

Сравнительная оценка качеств вышек определяется коэффициен­том

где G_B — масса вышки в полной комплектности в т; Q — грузоподъемность в т; Н — высота в м.

Коэффициент К характеризует экономичность вышек. Значение коэффициента К для вышек, выпускаемых в Советском Союзе, ко­леблется в пределах 3 — 6.

Экономические факторы

Экономичность вышек в значительной степени определяет их конструкцию. Составными элементами стоимости смонтированной вышки являются: стоимости металла, изготовления, монтажа и про­ектирования.

Трудоемкость изготовления является основным фактором стои­мости конструкции. Одним из путей ее снижения является улучшение конструкции вышки, существенно влияющее на трудоемкость мон­тажа и демонтажа вышки в промысловых условиях.

Ориентировочно общий вес G_B оснащенной вышки (с лестницами, балконами, ограждениями и переходными площадками) предста­вляется следующими эмпирическими зависимостями в функции от номинальной грузоподъемности на крюке Q или от общего веса <?_бт буровой установки

G_B = (0,23-0,25)C_H; (XV-G)

G_B = (0,10^0,11)G_6J. ' (XV-7)

Общий вес G_e вышки слагается из весов несущих Gl и огражда­ющих G, конструкций:

<?. = <?? + <?;. ' (XV-8)

Б самом общем случае можно также представить следующие за­висимости:

G; = (0,8 -£- 0,85) G.; (XV-9)

Gl = (0,20 ~ 0,15) G_B. (XV-10)

Вес ограждающих конструкций не зависит от грузоподъемности, а обусловлен геометрией сооружения, т. е. его высотой и поперечными размерами. Поэтому Gl можно принять постоянным для вышек раз­личных моделей, вводя поправочный коэффициент. Тогда

где G°₄₁ и G^ — массы ограждающих конструкций для вышек высотой соответственно 41 и 53 м.

328

Технико-экономический критерий сооружения в целом можно дать следующим образом.

Обозначим расчетные сжимающие усилия в узлах какой-либо п-ой панели а_й, b_n, d_tt через Р_п, Q_n и TV,,. Сечения узлов панели выразятся:

П п Л?

{ XV. 12)

Полный вес панели

(XV.13)

или

Ст„ — —гг

(XV.14)

где

Л —расчетное сопротивление на

сжатие: _{л VTr} _ ,-,

- „ Рис. XV-o. Схема расчета

Y—объемный вес материала уз- _{массы Пааел11} вышки.

лов; Ф«' Ч/,' Фй — коэффициенты уменьшения допускаемого напряжения

при продольном изгибе; а_и, 6_П, </„—длины деталей панели (рис. XV-5).

Отношение полного веса панели к ее высоте, называемое «относи­тельным весом панели», составит:

Фс

(XV.15)

В (XV-15) величины бис можно выразить через а_н и другие геометрические параметры фермы. Точно так же усилия Р и .V,, можно выразить в зависимости от Q_n.

Таким образом, относительный нес панели д_}1 дается п функции

от ве.;гичины г? п а, т. е.

Применяя зависимость (XV-15) к вышкам различных моделей. строят кривую, минимум которой соответствует наименьшей массе панели. Затем определяют ее рациональную высоту.