Буровые вышки изготовляют из труб, уголков, швеллеров и круглого проката. Для несущих элементов предпочтительнее применять трубчатые профили, которые по сравнению с другими видами профилей обладают более высоким радиусом инерции и придают вышке благоприятные аэродинамические свойства, способствующие снижению ветровых нагрузок на вышку.

Башенная вышка, изображенная на рисунке 2, представляет собой четырехгранную усеченную пирамиду, состоящую из четырех наклонно расположенных ног 6, связанных между собой поясами 8 и гибкими диагональными тягами 7. В рассматриваемой конструкции ноги и пояса вышки изготовлены из труб, а диагональные тяги — из круглого стального проката. На наголовнике вышки устанавливаются цельносварная подкронблочная рама, козлы 1 и подкронблочная площадка 2. Козлы снабжены блоком, используемым при монтаже вышки, замене кронблока и подъеме других тяжестей. Балконы 4 и 5 предназначены для работы второго помощника бурильщика (верхового) при ручной расстановке бурильных свечей длиной 36 и 27 м.

Каждый балкон состоит из четырех площадок 10, каркаса укрытий и оборудован пальцами 12 с шарнирной головкой для установки свечей и люлькой 11 для верхового, размещенной относительно оси скважины на расстоянии, достаточном для прохода талевого блока. При чрезмерном удалении люльки ухудшаются условия работы верхового. На высоте около 15 м находится площадка для обслуживания стояка манифольда буровых насосов и бурового рукава.

Согласно требованиям безопасности, ширина площадок буровой вышки должна быть не менее 750 мм. Площадки имеют металлический настил из просечно-вытяжного листа (чтобы предотвратить скольжение), перила высотой не менее 1200 мм с продольными планками и прилегающий к настилу борт высотой 150 мм. Вышка снабжена маршевыми металлическими лестницами 3 шириной не менее 650 мм с переходными площадками и перильными ограждениями высотой не менее 1000 мм. На двух противоположных гранях имеются ворота 9 для затаскивания необходимого оборудования.

Ноги вышки собираются из стоек, стыкуемых болтовыми фланцами, приваренными к их торцам. Применение фланцевых стыков с болтами нормальной точности предотвращает ослабление посадок. Для удобства сборки и центрирования торцы стоек снабжены конусными направляющими. Нижние стойки ног имеют опорные плиты и кронштейны для домкратов, используемых при центрировании вышки. Известны другие способы соединения стоек ног вышки (фланцевое соединение на полухомутах и откидных болтах; соединения «торец в торец», стяжными болтами и др.). В соединениях без фланцев в результате деформации контактирующих поверхностей при перебазированиях и разборках вышки происходит ослабление посадок в стыках.

Пояса и диагональные тяги болтами соединяются с приваренными к ногам вышки косынками 13. Стойки ног и пояса вышки изготовляют из труб, диагональные тяги - из крупного проката. В другой модификации, отличающейся жесткой комбинированной крестовой решеткой, ноги вышки изготовляют из двух крестообразно расположенных угольников, а пояса и раскосы — из угольников меньшего размера.

В пилонной вышке аналогичной высоты и грузоподъемности стойки ног изготовляются из труб большего диаметра и соединяются посредством литых стальных фланцев, приваренных к торцам стоек. Верхние концы ног пилонной вышки шарнирно соединяются с подкронблочной рамой. Взаимное положение ног и жесткость вышки обеспечиваются диагональными винтовыми стяжками, соединяющими верхние стойки ног, и горизонтальными винтовыми тягами, расположенными в средней и нижней частях вышки .

Опоры ног пилонной вышки выполнены в виде конуса с проушиной, закрепляемой в специальной стойке на фундаменте. Башенные вышкимонтируются преимущественно сверху вниз посредством специальных вышечных подъемников.

Мачтовая А-образная вышка, изображенная на рисунке 3, состоит из двух ног 4 несущих основную нагрузку, и подкосов 5, удерживающих вышку в рабочем положении. В зависимости от высоты вышки каждая нога собирается из трех-пяти сварных секций 2, изготовленных из труб либо профильного проката. Секции стыкуются посредством фланцевых соединений. Для ускорения сборки вместо фланцевых соединений применяются полухомуты. Верхние секции имеют проушины для соединения с подкронблочной рамой придающей вышке жесткость и геометрическую форму. На подкронблочной раме установлены козлы и площадка 1 для обслуживания и ремонта кронблока.

В зависимости от схемы подъема и конструкции вышки подкосы 5 располагаются со стороны мостков либо на противоположной стороне и посредством проушин соединяются с ногами вышки и башмаками, установленными на основании вышки. Ноги 4 вышки шарнирно соединяются с опорой, центрирующей вышку относительно оси ротора. Балкон 3 для второго помощника бурильщика и магазин для свечей крепятся к ногам вышки по-средством кронштейнов.

Стояк манифольда буровых насосов располагается внутри ноги вышки. Для обслуживания и смены бурового рукава внутри ноги вышки имеется небольшая площадка. Маршевые лестницы 6 монтируются на гранях одной из ног вышки и доходят до балкона. Внутри ноги вышки устанавливаются лестницы туннельного типа.

А-образную и другие мачтовые вышки собирают в горизонтальном положении на специально подготовленной площадке, достаточной для расположения собранной вышки и необходимого для ее монтажа оборудования. В вертикальное положение вышку поднимают при помощи стрелы и блоков, оснащенных канатом, ходовой конец которого крепится к барабану буровой лебедки, либо трактора-подъемника. В буровых установкауниверсальной монтажеспособности для подъема вышки используется специальный механизм подъема, представляющий собой достаточно жесткую П-образную раму с двумя подкосами и полиспастом. С помощью буровой лебедки, приводимой от регулятора подачи долота, и полиспаста механизма подъема вышка устанавливается в рабочее положение и крепится к подкосам, придающим вышке устойчивость при эксплуатации.

При подъеме из скважины бурильные свечи нижним концом устанавливают на подсвечник. Верхний конец свечей заводят в так называемый магазин, и они упираются на палец, как показано на рисунке 2, сечение А—А. Между пальцем и люлькой имеется просвет для свободного прохода труб наибольшего диаметра. Пальцы изготавливают из толстостенных труб, они имеют шарнирную головку, которая поворачивается при случайных ударах талевого блока и благодаря этому предотвращается поломка пальца.

Наиболее полно технические возможности буровой вышки харак-теризуются грузоподъемностью, определяющей допускаемую нагрузку при заданной кратности оснастки талевого механизма.

В ряде стран в допускаемую нагрузку включают вес талевого механизма, натяжение ходовой и неподвижной струн талевого каната, что приводит к формальному завышению ее на 20—25 % и, как следствие, к соответствующему снижению удельной металлоемкости по сравнению с отечественными буровыми вышками. Кроме того, допускаемую нагрузку буровых вышек за рубежом выражают в «коротких» тоннах (907 кг), что при переводе часто не учитывается, и это приводит к еще большему завышению технико-экономических показателей зарубежных вышек и другого бурового оборудования. При проектировании вышек допускаемую нагрузку устанавливают по наибольшей нагрузке, ожидаемой в заданном диапазоне глубин бурения. Величина этой нагрузки должна соответствовать допускаемой нагрузке на крюке, регламентированной ГОСТ 16293—82. При этом учитывается натяжение ходовой и неподвижной струн каната при заданной кратности оснастки талевого механизма.

Высота вышки, согласно ГОСТ 12.2.041—79, должна обеспечивать безопасность работ при подъеме талевого блока на максимальной скорости с учетом запаса высоты для установки ограничителя подъема талевого блока.

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. Основные параметры буровых вышек представлены в таблице

1.2 Расчетная часть

2.1 Определение параметров буровой вышки

По заданному значению глубины скважины L и рассчитанному значению максимальной грузоподъемности Q_крmax,кН определить параметры буровой вышки. Схема к расчету представлена на рисунке 4.

2.1.1 Определение вертикальной нагрузки на вышку

Вертикальная нагрузка на вышку Q_В, МН

	QB =(Qкр MAX +qТС )КД+РХКНАИБ ⋅КД +РНК ⋅КД +Gкронбл+GКАН ,
где qтс	-	вес подвижной части талевой системы, кН.
		qтс= 0,06 ּ Qкр мах
КД	-	коэффициент динамичности, КД=1,25;

Р хк наиб	-	наибольшее натяжение ходового конца каната при
		подъеме колонны, кН
		Р	хкнаиб	=	Qкр max +qтс	,
					iтс ⋅ηтс
Iтс	-	число подвижных струн талевой системы. Выбирается в
		зависимости от грузоподъемности буровой установки по
		таблице 1.
ηтс	-	к.п.д. талевой системы, ηтс=0,825 [2].
РНК	-	натяжение неподвижного конца каната при подъеме
		колонны, кН

		РНК= 0,82 ⋅ РХКНАИБ,
Gкронбл	-	нагрузка от массы кронблока, Gкронбл=0,05 МН;
Gкан	-	нагрузка от массы каната, Gкан=0,02 МН.

2.1.2 Определение полезной высоты вышки

Полезная высота вышки Н_П, м

	НП=hб+ДШ+hК+lСВ+hТ,
где hб	- запас высоты на переподъем, безопасное расстояние между
	верхним торцом талевого блока и нижней плоскостью
	кронблока, hб =3…6 м;
ДШ	- диаметр шкива талевой системы, м
	ДШ = 37·dк,
dк	- диаметр талевого каната, м. Диаметр талевого каната
	определяется исходя из разрывного усилия Рр , кН
	Рр =Рхкнаиб.⋅S,
S	- коэффициент запаса прочности, S = 3,0.

По таблице 2 выбирается диаметр талевого каната d_к = …..., марки……

hК	-	высота крюка, штропов, hК = 2,0…4,0 м;
lСВ	-	длина свечи, м, выбирается по таблице 3.
hТ	-	расстояние по вертикали от пола буровой до торца замка
		подвешенной свечи, hТ =1,2…1,75 м.

Таблица 3 – Длины свеч, применяемые в зависимости от наибольшей нагрузке на крюке

Qкр мах			0,5	0,8			1,25			1,6				2,0		3,0				4,0
lСВ			18			24							36
2.1.3 Определение полной высоты вышки
Полная высота вышки Н, м
							Н=НП+hO+hКОЗ,
hО		- расстояние от пола буровой до опорного башмака вышки,
			hО = 0…6 м;
hКОЗ		- расстояние			между			нижней				плоскостью				кронблока					и

верхом козел вышек, h_КОЗ =4,5…5,7 м;