11. 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.

Верхняя площадка должна быть оборудована передвижной люлькой для рабочего, занятого установкой бурильных свечей при спуско-подъемных операциях. Козлы для замены кронблока и монтажный ролик на верхнем основании вышки рассчитываются на подъем полуторакратной массы кронблока. Геометрические формы буровых вышек и отдельных ее элементов должны обладать минимальными аэродинамическими сопротивлениями с целью снижения ветровых нагрузок.

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.

Конструктивные схемы буровых вышек

Рис.32

Башенные вышки изготовляются с гибкой (рис.32, а) и жесткой (рис.32,б) решетками. Известны конструкции башенных вышек, ноги которых изготовлены из сварных четырехгранных ферм (рис. 32,в) либо из труб большого диаметра (рис.32,г). Вышки этих типов называют пилонными.

Мачтовые вышки (рис.32, д) имеют А-образную форму и благодаря сварной конструкции секции ног обладают высокой монтажеспособностью. Ноги вышки имеют треугольное 1 и 2, четырехугольное 3 либо кольцевое 4 сечение. Жесткость и монтажеспособность хорошо сочетаются в буровых вышках с открытой передней гранью, имеющих четыре (рис.32, е) либо две опоры (рис.32, ж) и П-образную форму поперечного сечения.

11.1. Выбор параметров и технические характеристики буровых вышек

При проектировании вышек допускаемую нагрузку устанавливают по наибольшей нагрузке, ожидаемой в заданном диапазоне глубин бурения. Величина этой нагрузки должна соответствовать допускаемой нагрузке на крюке. При этом учитывается натяжение ходовой и неподвижной струн каната при заданной кратности оснастки талевого механизма.

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

Н = h₁ + h₂ + h₃ + h₄, где h₁ - расстояние от пола буровой до нижнего конца подвешенной свечи, включающее высоту ротора, элеватора, муфты бурильного замка, трубы, удерживаемой ротором, и просвет между муфтой трубы и ниппелем подвешенной свечи (h₁=1,2...1,5); h₂ - длина свечи; h₃ - длина штропов крюка талевого блока (h₃=7…8 м); h₄ - запас высоты между кронблоком и крайним верхним положением талевого блока, необходимый для своевременного торможения лебедки и предотвращения затаскивания талевого блока на кронблок (h₄= 7 м).

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 м	8×8 м
53…54 м	10×10 м

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_ВЫШН, где М_ВЫШ - масса вышки, кг; G_ВЫШ -грузоподъемность вышки, кг; Н- высота вышки, м.

Расчетное усилие на опору башенной вышки от вертикальных нагрузок

где G_B – собственный вес буровой вышки; G_ОБ – собственный вес талевого механизма и другого установленного на вышке оборудования; Р_ДОП – допускаемая нагрузка на крюке; S_ПВ, S_НВ – вертикальные составляющие от усилий в подвижной и неподвижной струнах талевого каната; n₁, n₂ – коэффициенты перегрузок, ; K_C - коэффициент сочетания нагрузок, K_C=0,9; α – угол между осью ноги вышки и вертикалью; 3,6 – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки между четырьмя ногами вышки (для А -образных вышек принимается равным 2).