книги из ГПНТБ / Элияшевский, И. В. Типовые задачи и расчеты в бурении учеб. пособие

где Qкол — вес колонны в воздухе; угл р— удельный вес глинистого

10 = Н — (ZBX+ 1у + 1Т).

10= 2800 - (14,5 + 100 + 8,5) = 2800 - 1 2 3 = 2677 м.

Определяем <?кол

Скол = 14,5 •105 + 2677 •27,5 +100•93 +1044 = 1520 + 73 500 +

+ 9800 + 1044 = 85 864 кг.

Определяем QKp,

<?кр = 85 864 (1 - -Щ -) • 1,3 = 94 000 кгс.

Исходя из максимальной нагрузки на крюке, которая составляет 94 000 кгс, выбираем вышку ВМ-41М, у которой номинальная грузоподъемность на крюке 150 т (табл. 32).

Т а б л и ц а 32

Техническая характеристика буровых вышек

*Вышка изготавливалась из профильного проката.

**Вышка ВАС-53А может иметь вместо балкона, указанного в таблице, балконы для работы механизмами АСП.

171

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕРТИКАЛЬНЫХ НАГРУЗОК, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА ВЫШКУ

Задача 102. Определить наибольшую вертикальную нагрузку, действующую на вышку башенного типа ВМ-41, если известно, что максимальная нагрузка на крюке составляет 120 тс.

Решение. Вертикальную нагрузку, действующую на вышку, можно определить по формуле

<?в = ^?кр + Роб+ Рх. к + Р „ . к ~ Ь Якр~~Ь ?в>

гДе <?кр — максимальная нагрузка на крюке. QKp = 120 тс; Роб — вес постоянно поднимаемого оборудования во время спуско-подъем­ ных операций (сюда относится вес элеватора со штропами, тале­ вого блока, крюка и талевого каната). Для буровой установки соот­ ветствующей грузоподъемности принимаем Роб = 5 т; Рх, к — натя­ жение ходового конца каната во время подъема колонны. Рх. к можно определить по упрощенной формуле

где п — количество рабочих струн оснастки талевой системы. При­ нимаем оснастку 5 x 6 , при которой п = 10; цт. с — коэффициент полезного действия талевой системы, зависящий в основном от ос­

qKp — вес кронблока. qKp — 2460 кг; qB— вес вышки. qB= 24 000 кг. Подставляя данные в приведенную выше формулу, определяем

QB= 120 + 5 + 1 4 ,7 + 10,6 + 2,46 + 24 = 176,76 тс ^ 177 тс.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ЗАПАСА ПРОЧНОСТИ ВЫШКИ > БАШЕННОГО ТИПА

Задача 103. Определить коэффициент запаса прочности вышки типа ВМ-41 при действующей максимальной вертикальной нагрузке

172

где @в — вертикальная нагрузка на вышку, равная 177 тс; а — угол наклона ноги вышки к вертикали. На рис. 1 приведена схема для определения угла наклона ноги вышки к вертикали. Пусть ABCD — нижнее основание вышки, a A 1B 1C1D 1 — верхнее. Про­ ведем диагонали верхнего и нижнего оснований. Из точки A х верх­ него основания опустим перпендикуляр А ХК на диагональ нижнего основания АС. В прямоугольном тре­ угольнике определим угол а.

ctg а:

АхК

АК

А ХК = Нв (высота вышки)

А К > АС—АгСг

где АС — диагональ нижнего основа­ ния вышки; А хСг — диагональ верх­ него основания.

AC = V2a?,

Для определения коэффициента запаса прочности вышки пользуемся формулой

К— Ркр

—р >

ЛК

где Ркр — критическая нагрузка, действующая на стержень ноги вышки; Ркр— можно определить, пользуясь формулой Эйлера. Формулой Эйлера можно пользоваться, если гибкость ноги (стержня) вышки Я > 100. Я определяем по формуле

173

где l — длина стержня ноги; I = 403 см; р — радиус инерции, который определяется по формуле

р - / т -

Здесь I — момент инерции

! = i

D — внешний диаметр стержня ноги вышки в см. D = 16,8 см;

Подставляя данные в формулу радиуса инерции, находим

р = ^ 1 / я 2+<*2= = -|-^ 16,82+152 = 6,4 см‘

Зная р и I, определяем Я.

Я = -Ц - = 63,25.

Таким образом, формула Эйлера в данном случае неприменима. Для определения коэффициента запаса прочности пользуемся дру­ гой формулой.

V<УкРР

Л— —р--- >

Гн

где сткр — критическое напряжение.

акр = -4 3 2 6 + 312,26— - 3,803 ( —) 2 +0,01335 ( у ) 3 =

что больше допустимого.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕТРОВЫХ НАГРУЗОК, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА БАЛКОН ВЕРХОВОГО РАБОЧЕГО

Задача 104. Определить ветровую нагрузку, действующую на бал­ кон верхового рабочего, вышки ВМ-41 для II района территории

СССР, если балкон находится на высоте 22 м от пола буровой, высота балкона 2,5 м, ширина 6,1 м.

174

Величину ветровой нагрузки можно определить по формуле

Р в = дрХ<рго,

где q — скоростной напор в кгс/м2.

В зависимости от силы ветра вся территория СССР разбита на три

IВся территория (за исключением II и III районов)

II Береговые полосы морей и океанов, за исключением III района

На высоте до 20 м скоростной напор принимают постоянным (рис. 2). От 20 м и выше он меняется по закону прямой.

На рис. 2 по оси абсцисс откладывают значение скоростного напора q, по оси ординат — высоту того или иного сооружения

вметрах. Пользуясь этим графиком

иимея значения скоростного напора на высоте 20 и 100 м, можно опре­ делить скоростной напор на любой высоте. В табл. 33 приведены зна­ чения скоростного напора в зави­ симости от высоты по районам.

Имея значения д0_20 и q100, опре­ деляем значение скоростного напора

X = 2 + -у -,

Р — динамический коэффициент, учитывающий период собственных колебаний вышки. £5 = 2; F —проекция площади панели на верти­ кальную плоскость. В нашем случае проекция площади балкона верхового рабочего равна самой площади.

Х = 2,5*6,1 = 15,25 м2;

175

Ф — коэффициент, учитывающий площадь заполнения рещетки па­ нели вышки металлом, ф принимается равным 0,15-1-0,2 (ф = 1 справедливо только для обшитой части вышки); т — аэродинамиче­ ский коэффициент.

Для обшитой части вышки и вышек, изготовленных из материала сложного профиля, т = 1,4; для трубчатых вышек т = 1. Под­ ставляя значения в приведенную выше формулу, можно опреде­ лить ветровую нагрузку, действующую на балкон верхового рабо­ чего.

Рв = 73,25-2-15,25-1-1,4 = 3120 кгс.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕТРОВЫХ НАГРУЗОК НА СВЕЧИ, УСТАНОВЛЕННЫЕ ЗА ПАЛЬЦЫ ВЫШКИ

Задача 105. Определить ветровую нагрузку на свечи, установлен­ ные за пальцы, если известно, что длина свечи Z— 24 м, количество рядов свечей п = 12, диаметр свечи dCB = 114 мм, высота обшивки вышки h — б м, верхняя часть свечей длиной 2 м находится внутри балкона верхового рабочего.

Решение. Определим ветровую нагрузку для II района. Согласно данным табл. 33, д0_г0 = 70 кгс/м2; ql00 — 150 кгс/м2.

Определяем площадь бурильных труб, воспринимающих ветро­

F = 0,114 • 12 (24 - 2 - 6) •cos 4е =0,114 -12 •16.0,9976 = 21,8 м2.

176

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕТРОВОЙ НАГРУЗКИ, ДЕЙСТВУЮЩЕЙ НА ВЫШКУ

Задача 106. Определить ветровую нагрузку, которая действует на вышку ВМ-41, для II района территории СССР.

Решение. Ветровую нагрузку определяем по формуле

Рв — ?РРфте.

Находим значение скоростного напора на каждую секцию вышки. Так как скоростной напор на высоте от 0 до 20 м величина постоян­

ная, то = g2 = Чз = Qi = Ч&= 9o-2o = 70 кгс/м2. Опреде­ ляем скоростной напор на панель шестой секции (до балкона верхо­ вого рабочего) по формуле

где

Чй = 70 + ( —°8о 70 ) • 1 = 71 кгс/м2.

Скоростной напор на балкон верхового рабочего равен

где Х б — расстояние от высоты 20 м до середины балкона. Согласно рис. 3

Хб = 2 + ^ = 3,25 м;

Чб = 70 + ( 70 ■) .3,25 = 73,25 кгс/м2.

Таким же образом определяем значение скоростного напора выше балкона верхового рабочего.

Скоростной напор на часть седьмой секции, не занятой балко­ ном, равен

Х = 2 + 2,5 + -^ - = 6,25 м.

q1= 70-f -° ~ 70 - 6,25 — 76,25 кгс/м2.

оО д8 = 7 0 + 15° ~ 70 .10 = 80 кгс/м2.

<79 = 70 + -150~ 70 •14 = 84 кгс/м2.

9и = 70 + 15° ~ 70 • 18 = 88 кгс/м2.

Определяем площади панелей секций. Для определения пло­ щадей панелей секций используем также рис. 3.

Согласно данным задачи 103, угол наклона ноги вышки к вер­ тикали составляет а = 6°. Зная этот угол, определяем длину ног секций

I —__ IL_

178

С помощью схемы, приведенной на рис. 4, определяем длину вто­ рого пояса вышки. Пусть А В = 1г — 8000 мм (длина первого пояса). А 1В 1 = 1ц = Ъ= 2000 мм (длина последнего пояса вышки). Для определения длины второго пояса необходимо знать угол наклона ноги вышки к поясу, т. е. угол а 2 (см. рис. 4). Длина ноги вышки равна

Ьп. в = ААг = с10 = 4,03 • 10 = 40,3 м.

Тогда

а 2 = 85° 12*.

Исходя из рис. 4, определяем ^4iV.

AN = ААХcos а2 — 40,3 • 0,074 = 3 м.

(^ITV-! на рис. 4 не показано). Таким образом,

h — l1 —2AN1.

l2 —8 —2*0,3 = 7,4 м; .

h — h —0>6 = 7,4 —0,6 = 6,8 м;

Z4 = 6,8 —0,6 = 6,2 м;

1Ъ—6,2 — 0,6 = 5,6 м;

/6 = 5,6 — 0,6 = 5 м;

1 -1 = 5 — 0,6 = 4,4 м;

/8 = 4,4 — 0,6 = 3,8 м;

19= 3,8 —0,6 = 3,2 м;

^io — 3,2 — 0,6 = 2,6 м;

Z11 = 2,6 —0,6 = 2 м.

Определяем площади панелей секций. Площадь первой панели

Fl = h ± h - h>,

где h' — высота одной панели грани вышки. Однако для опреде­ ления ветровых нагрузок необходимо знать проекции площадей панелей грани на вертикальную плоскость.