§ 3. Нагрузки, действующие на вышку

На вышку действуют постоянные нагрузки от ее веса и веса смонтированного на ней оборудования, эксплуатационные на­грузки, изменяющиеся по величине в процессе бурения, и пе­ременные нагрузки от ветра. Эти нагрузки создают вертикаль­ные и горизонтальные усилия.

Вертикальные сжимающие усилия создаются нагрузкой на крюке, весом вышки и ее оборудования и натяжением ведущей и неподвижной ветвей талевого каната. Горизонтальные наг­рузки, опрокидывающие вышку, являются горизонтальными со­ставляющими от усилий в ведущей и неподвижной ветвях тале­вого каната, от веса наклонно установленных за пальцем вышки свечей извлеченной бурильной колонны и от действия ветра. Грузоподъемность и прочность вышки зависят от сочетания этих нагрузок.

На рис. II.6 показаны схемы нагрузки на вышку в различ­ные периоды эксплуатации. На вышку могут действовать че­тыре сочетания нагрузок:

1. вертикальные 2, 3, 4, 6 и горизонтальные нагрузки /, 5 в процессе СПО и спуска обсадной колонны, при этом допу­скается ветровая нагрузка 7 на нижнюю часть не более 250 Па (рис. II.6,а);

2. ветровая нагрузка 7 на низ вышки 700 Па при полном пакете свечей за пальцем, крюк не нагружен (рис. 11.6,6);

3. нагрузки при подъеме и спуске вышки при силе ветра до 150 Па (рис. II.6,в);

4. максимальная нагрузка на крюке (при ликвидации при­хватов, аварии или других операциях) при ветровой нагрузке 7 на боковую поверхность низа вышки не более 150 Па (рис. II.6, г).

Рис 116 Схемы нагрузок, действующих на вышку:

1 — горизонтальная сила на наголовнике; 2 — вес талевой системы; 3 — нагрузка на крюке; 4 ~ вертикальная нагрузка от натяжения ведущей и неподвижной ветвей ка­ната; 5 — горизонтальная составляющая от веса свечей; S — вес вышки; 7 — силы дав­ления ветра

Вертикальные нагрузки

Вертикальная нагрузка на подкронблочную раму вышки

P. = Pk+0™ + -^-. (Ill)

где Р_к — допустимая нагрузка на крюк, Н; G_TC — вес талевой системы, Н (крюк, талевый блок, канат и кронблок); и — число струн в оснастке.

Усилие, действующее на более нагруженную ногу и башмак;

Р.=^±^—-(II'2)

где G_B — общий вес вышки, Н; а — число ног вышки; для мач­товых вышек а== 2, для башенных а=4.

Горизонтальные нагрузки ^J

Горизонтальная составляющая силы, действующей на крон- блоке от натяжения ведущей и ведомой ветвей талевого каната:

PKpr = -^-(tgP±tgY) (II-3)

(Р и -у —углы между ведущей и неподвижной ветвями каната и вертикальной осью вышки).

50

Если ветви закреплены противоположно друг другу, то бе­рется знак минус (—), если с одной стороны вышки у лебедки, то плюс (+ ).

Горизонтальная сила от силы тяжести свечей, установлен­ных за пальцем,

^{1U)

где k — коэффициент, учитывающий отношение расстояния от подсвечника до пальца к длине свечи; G_c — вес свечей, уста­новленных за пальцем, Н; а — угол наклона свечей к верти­кали, обычно 2—4°.

Равнодействующая от ветрового давления на вышку

Рвтг ~ > (И*5)

где <7о — скоростной напор ветра, Па (берется по справочным таблицам; для средней полосы СССР <7_о⁼450 Па, для районов Аляски ^о^ЮОО Па) Ci — коэффициент, учитывающий возра­стание напора ветра в зависимости от высоты; р = 2 — динами­ческий коэффициент, учитывающий период собственных колеба. ний вышки; З_г — проекция поверхности панели на вертикаль­ную плоскость, проходящую по оси вышки.

Здесь Fi — общая площадь панели; ср=0,Н>-М),2—коэффи­циент заполнения панели, для обшитой части вышки ф=1,0; т — аэродинамический коэффициент, для конструкций из про­фильного проката т—1,4, для труб т= 1,0.

Высота над поверхностью земли, м . . <10 20 40 100 Поправочный коэффициент c_t- 1,0 1,35 1,8 2,2

При определении ветровой нагрузки на необшитые части вышки принимается, что нагрузка действует и на заветренную часть вышки. При скоростях ветра до 110 км/ч учитывается ветровая нагрузка, действующая на поверхность полного комп­лекта свечей, стоящих за пальцем.

Нормами, принятыми за рубежом, установлено, что вьгшка высотой 42 м и менее с комплектом свечей за пальцем должна быть устойчива без учета действия растяжек при скорости ветра до 70 км/ч, что соответствует скоростному напору 460 Па- Вышки большей высоты должны быть рассчитаны на устой­чивость с полным комплектом свечей за пальцем при скорости ветра до 110 км/ч и напоре 1070 Па.

Без свечей за пальцем вышка должна быть устойчива при скоростях ветра до 185 км/ч и напоре 2500 Па.

Этими же нормами предусматривается, что горизонтальное усилие на кронблок от составляющей натяжения ведущей и неподвижной ветвей каната не должно быть более 15 кН, и предполагается, что оно действует в том же направлении, что и горизонтальное усилие от веса свечей и ветра.