Приклад розрахунку фундаментів бурових веж

Вихідні дані наведені в таблиці 1.5 (номер варіанта – це порядковий номер студента по журналу).

Дано: максимальне навантаження на ногу вежі N=75 т; грунт під фундамент глиняний, природна вологість ґрунту перевищує вологість на межі розкочування W_p менше ніж на 75% числа пластичності W_п; коефіцієнт пористості ε=0,8; консистенція ґрунту В=1; рівень ґрунтових вод від 36 до 16,5м; середня глибина промерзання 0,82 м.

Будемо вважати, що навантаження на ногу вежі діє в центрі фундаменту. Основна вимога розрахунку деформацій зводиться до умови р≤R^н. Середній тиск р=N/F.

Якщо прийняти, що фундамент має розміри ахв=3х2 м, то середній тиск буде дорівнювати

р=75/(3·2)=12,5т/м²=0,125·10⁶Па.

Нормативний тиск для глини при коефіцієнті пористості ε=0,8 і консистенції ґрунту В=1 становить R^н=0,2·10⁶ Па (див. таблицю 1.2).

Оскільки відстань від поверхні планування до рівня ґрунтових вод перевищує глибину промерзання більше ніж на 2 м, а природна вологість ґрунту перевищує вологість на межі розкочування менше ніж на 75% числа пластичності, то глибина закладання фундаменту не залежить від глибини промерзання (див. таблицю 1.3). Але глибина закладання фундаментів може бути не менше, ніж 0,5 м. Отже, приймаємо глибину закладання фундаменту рівною 0,5 м.

Відповідно до цього вводимо поправку для розрахункового опору за фактичною глибиною закладання

m=0,5+0,33·h=0,5+0,33·0,5=0,665;

R^н_0,5=R^н·0,665=0,2·10⁶·0,665=0,133·10⁶ Па.

Оскільки при ширині фундаментів у межах 1-5 м розрахункові опори збільшуються за лінійною інтерполяцією, то у випадку глини при даній підошві фундаменту шириною 2 м розрахункові опори перемножуються приблизно на 1,12, тобто 0,133·10⁶·1,12=0,149·10⁶ Па.

Виходить 0,125·10⁶<0,149·10⁶ Па, тобто умова відповідає формулі р≤R^н.

Приймаємо матеріал фундаменту – дерев’яні бруски або бетонні плити. Кількість їх і довжину підбираємо із розрахунку необхідної площі, при якій середній тиск металоконструкції на бетон або дерево був би менший від нормативних опорів відповідного матеріалу.

Таблиця 1.5 – Вихідні дані для розрахунку фундаментів бурових веж

Варіант	а х в	N, т	Вид ґрунту	Стан ґрунту	В	ε	Середня глибина промерзання, м
1	2	3	4	5	6	7	8
1	3,5х2	75	Крупноуламковий щебеневий із піщаним заповненням пор	звичайний	-	-	0,82
2	3х2	80	Глиняний, природна вологість якого перевищує вологість на межі розкочування більше ніж на 75% числа пластичності	-	0	0,6	0,9
3	2,8х2,1	70	Глиняний незалежно від вологості	-	1	0,8	0,81
4	3х2,1	90	Суглинковий незалежно від вологості	-	0	1,0	0,91
5	3х2	92	Глиняний, природна вологість якого перевищує вологість на межі розкочування менше ніж на 75% числа пластичності	-	0	1,1	0,83

Продовження таблиці 1.5

1	2	3	4	5	6	7	8
6	4х3	89	Глиняний, природна вологість якого перевищує вологість на межі розкочування більше ніж на 75% числа пластичності	-	1	0,5	0,92
7	4,1х3	71	Крупноуламковий гравійний із уламків осадкових порід	звичайний	-	-	0,8
8	4х3,2	76,5	Крупноуламковий гравійний із уламків кристалічних порід	звичайний	-	-	0,82
9	2,9х2	78	Супісковий, природна вологість якого перевищує вологість на межі розкочування	-	0	0,5	0,47
10	3,1х2,5	82,5	Суглинковий, природна вологість якого перевищує вологість на межі розкочування менше ніж на 75% числа пластичності	-	0	0,7	0,85
11	4х3,5	100	Крупноуламковий гравійний із уламків осадкових порід	звичайний	-	-	0,87
12	3х2	99	Глиняний, природна вологість якого перевищує вологість на межі розкочування більше ніж на 75% числа пластичності	-	1	0,6	0,86
13	3,1х2	83	Крупноуламковий щебеневий із піщаним заповненням пор	звичайний	-	-	0,48
14	3,2х2,2	74	Супісковий незалежно від вологості	-	0	0,7	0,45
15	3,3х2,1	77	Крупноуламковий гравійний із уламків кристалічних порід	звичайний	-	-	0,64
16	3х2,6	71,8	Суглинковий незалежно від вологості	-	1	0,5	0,6
17	3х1,9	79,7	Суглинковий, природна вологість якого перевищує вологість на межі розкочування більше ніж на 75% числа пластичності	-	1	1,0	0,61
18	3,8х1,8	65	Суглинковий, природна вологість якого перевищує вологість на межі розкочування менше ніж на 75% числа пластичності	-	0	0,7	0,89
19	3,4х1,7	69	Глиняний незалежно від вологості	-	1	1,1	0,62
20	4х2	105	Супісковий незалежно від вологості	-	0	0,5	0,77
21	3,5х2	101	Крупноуламковий щебеневий із піщаним заповненням пор	звичайний	-	-	0,64
22	3х1,9	88	Глиняний незалежно від вологості	-	1	0,8	0,79
23	2,9х2,2	86,4	Суглинковий незалежно від вологості	-	0	1,0	0,69
24	2,6х1,9	93,9	Крупноуламковий гравійний із уламків осадкових порід	звичайний	-	-	0,45
25	3,1х2,6	110	Суглинковий, природна вологість якого перевищує вологість на межі розкочування більше ніж на 75% числа пластичності	-	0	1,0	0,49
26	3,7х2,1	97,1	Глиняний, природна вологість якого перевищує вологість на межі розкочування менше ніж на 75% числа пластичності	-	1	0,8	0,7
27	2,8х2	66,1	Глиняний, природна вологість якого перевищує вологість на межі розкочування більше ніж на 75% числа пластичності	-	1	0,6	0,67
28	3,3х2	88,8	Крупноуламковий гравійний із уламків кристалічних порід	звичайний	-	-	0,71
29	3,9х1,8	75,9	Глиняний незалежно від вологості	-	0	1,1	0,44
30	4х3	111	Супісковий, природна вологість якого перевищує вологість на межі розкочування	-	1	0,7	0,68

Питання для самоконтролю

1. Фундаменти яких типів застосовують під бурове обладнання?

2. Яким основним вимогам повинні відповідати фундаменти?

3. Як впливають на основи фундаментів мерзлі ґрунти?

4. Як визначається нормативна глибина промерзання ґрунтів?

5. У яких випадках глибина закладання фундаментів не залежить від глибини промерзання ґрунтів?

Практичне заняття №2

Розрахунок найбільшого навантаження на гаку при бурінні свердловини

Мета і завдання заняття:

- ознайомитися з основними видами навантажень на гаку під час буріння свердловини;

- набути практичних навиків у розрахунку найбільшого навантаження на гаку від ваги бурильної або обсадної колони.

Теоретична частина

Вихідні дані для цього практичного заняття брати із курсового проекту (контрольної роботи).

1. Визначення діаметра долота

Діаметр долота при бурінні під кожну обсадну колону визначаємо за формулою

, (2.1)

де – зовнішній діаметр муфти колони обсадних труб (таблиця 2.1);

 – величина проміжку між муфтою і стінками свердловини (таблиця 2.1).

Таблиця 2.1 – Розміри проміжку між муфтою і стінками свердловини залежно від діаметра обсадних колон

Умовний діаметр обсадної труби, мм	Зовнішній діаметр муфти обсадної труби, мм	Проміжок між муфтою і стінками свердловини, мм, не більше
1	2	3
114 127	127 142	10-15
140 146	156 166	10-20
168 178 194	188 196 216	20-25
219 245	245 270	25-30
273 299	299 324	30-35

Продовження таблиці 2.1

1	2	3
324 340 351	351 365 376	35-40
377 407 426	402 432 451	45-50

Діаметр долота підбираємо зі стандартного ряду діаметрів шарошкових доліт: 140, 145, 151, 161, 172, 190, 214, 243, 269, 295, 320, 346, 370, 394, 445, 490 мм.

2. Визначення довжини ОБТ

Довжину ОБТ при бурінні під кожну обсадну колону визначаємо за формулою

, (2.2)

де К – коефіцієнт, який ураховує перевищення ваги ОБТ над навантаженням на долото; приймаємо К=1,25;

G – осьове навантаження на долото (таблиця 2.2);

– вага 1м.п. ОБТ (таблиця 2.2);

– питома вага бурового розчину; приймаємо =1300кг/м ;

– питома вага матеріалу труб; приймаємо =7850кг/м .

Таблиця 2.2 – Залежність діаметра ОБТ від діаметра долота

Діаметр долота, мм	Зовнішній діаметр труб ОБТ, мм	Вага (теоретична) 1 м.п. ОБТ, Н	Допустиме осьове навантаження на долото, кН
140	108	630	100
145, 151	108	630	120
161	108	630	150
172	146	970	180
190	146	970	220
214	146	970	260
243	178	1560	300
269	197	1890	320
295, 320, 346	197	1890	400
370, 394, 445, 490	203	1920	400

Довжину ОБТ приймаємо з урахуванням довжини однієї свічки 25 м.

3. Визначення довжини бурильного інструменту

Розраховуємо бурильний інструмент при бурінні під експлуатаційну колону.

Для 1-ої секції бурильної колони приймаємо бурильну трубу діаметром 114 мм із товщиною стінки 7 (8, 9, 10, 11) мм групи міцності D (К, Е, Л, М). Визначаємо допустиму довжину бурильних труб за формулою

, (2.3)

де – вага 1 м.п. бурильної труби (таблиця 2.3);

– допустиме розтягуюче навантаження на тілі труби; визначаємо за формулою

, (2.4)

де – розтягуюче навантаження, при якому напруження у тілі труби досягає межі текучості (таблиця 2.3);

К – коефіцієнт запасу міцності; приймаємо для роторного буріння К=1,4.

Верхню частину колони складаємо із труб діаметром 127 мм із товщиною стінки 7 (8, 9, 10) мм групи міцності D (К, Е, Л, М). Визначаємо допустиму довжину 2-ої секції за формулою

, (2.5)

де – вага 1 м.п. бурильної труби 2–ої секції;

– допустиме розтягуюче навантаження на тілі труби 2-ої секції

. (2.6)

Таблиця 2.3 – Характеристика бурильних труб із висадженими всередину кінцями і нагвинченими замками

Умовний діаметр труби, мм	Товщина стінки труби, мм	Вага 1 м.п. середньої труби, Н	Розтягуюче навантаження, при якому напруження у тілі труби досягає межі текучості, кН
			Д	К	Е	Л	М
114	7	231	1550	1650	1750	1900	2100
	8	254	1750	1850	2000	2150	2400
	9	277	1950	2100	2250	2400	2650
	10	301	2150	2300	2450	2600	2950
	11	323	2300	2500	2650	2850	3200
127	7	253	1700	1850	2000	2100	2350
	8	279	1950	2100	2250	2400	2700
	9	305	2150	2300	2500	2650	3000
	10	331	2400	2550	2750	2900	3300
140	8	331	2150	2300	2500	2650	2950
	9	360	2400	2600	2750	2950	3300
	10	388	2650	2850	3050	3250	3650
	11	417	2900	3100	3300	3550	4000

Третю секцію бурильних труб складемо із труб діаметром 140 мм із товщиною стінки 8 (9, 10, 11) мм групи міцності D (K, E, Л, М). Допустиму довжину визначаємо аналогічно допустимій довжині 2-ої секції за формулами

; (2.7)

. (2.8)

Відповідно проведених розрахунків складаємо таблиці вибору компонування бурильного інструменту:

Таблиця 2.4 – Робочий інструмент при бурінні під експлуатаційну колону (проміжну, кондуктор)

Умовний діаметр бурильної труби, мм	Товщина стінки, мм і група міцності.	Вага 1 м.п., Н	Довжина, м
1	2	3	4

4. Визначення ваги колони бурильних і обсадних труб

Вагу бурильного інструмента при бурінні під кожну обсадну колону визначаємо за формулою

, (2.9)

де – вага колони бурильних труб;

– вага колони ОБТ;

К – коефіцієнт прихвату; приймаємо К=1,3.

Вагу кожної секції обсадних колон визначаємо згідно з конструкцією свердловини. На основі розрахунку обсадних колон і вибору бурильного інструменту складаємо зведену таблицю ваги всіх колон за такою формою:

Таблиця 2.5 – Зведена вагова характеристика обсадних і бурильних колон

№	Назва колони	Діаметр труб, мм	Глибина спуску, м	Вага 1 м.п. труби, Н	Вага колони, кН
1	2	3	4	5	6

Питання для самоконтролю

1. Які навантаження діють на гак бурової установки при бурінні свердловини?

2. За якою формулою визначається діаметр долота?

3. Як розраховується довжина ОБТ при бурінні під кожну обсадну колону?

4. Яка методика розрахунку довжини бурильного інструменту?

5. Як визначити вагу колони бурильних і обсадних труб?

Практичне заняття №3

Розрахунок необхідної кількості тракторів для транспортування бурових веж і обладнання

Мета і завдання заняття:

- ознайомитися з основними способами транспортування обладнання і визначенням допустимої кількості тракторів при його транспортуванні;

- ознайомитися з існуючими способами монтажу й демонтажу обладнання;

- ознайомитися з методикою визначення необхідного зусилля при транспортуванні та необхідної кількості тракторів для його реалізації.

Теоретична частина

При підготовці до цього практичного заняття необхідно вивчити лекційний матеріал робочої програми курсу, приділити увагу визначенню навантажень, що діють на основи блоків при їх транспортуванні, знати методику визначення необхідного тягового зусилля і кількості тракторів для транспортування.

Для транспортування веж та блоків обладнання потрібна різна кількість тракторів. Вона залежить від маси блоків, нахилу місцевості, стану ґрунту і способу транспортування.

Необхідну кількість тракторів визначають, виходячи з умов переміщення вантажу по похилій площині з кутом нахилу, що відповідає максимальному нахилу місцевості на трасі

, (3.1)

де R – зусилля, необхідне для транспортування блока або вежі при максимальному ухилі, Н;

Р – тягове зусилля одного трактора на відповідній передачі (швидкості), Н;

К – поправковий коефіцієнт, який ураховує додаткову протидію рухові, що залежить від типу ґрунту. В більшості випадків приймаємо К=1,3÷1,4, а при транспортуванні блоків на колісних або гусеничних пристосуваннях по твердому та рівному ґрунті – рівним 1,0;

К₁ – коефіцієнт нерівномірності роботи тракторів, приймаємо рівним 1,2÷1,3 залежно від їх кількості.

Тягове зусилля трактора Р визначаємо за паспортними даними, приймаємо трактор Т-180 із потужністю двигуна 132 кВт

, (3.2)

де N – потужність двигуна одного трактора, в нашому випадку N=132кВт;

– ККД трактора, приймаємо ;

– швидкість пересування трактора, приймаємо 1÷3 м/с.

Визначаємо силу тяги R, потрібну для пересування вежі, з наступної формули

(3.3)

де α – кут нахилу шляху пересування вежі, приймаємо α=30⁰;

– коефіцієнт тертя, який береться рівним 0,3÷0,4 (сталі по піщаному ґрунту), та 0,02÷0,04 (сталі по снігу та льоду); в даному випадку слід прийняти μ=0,3;

Q – вага вежі та саней

, (3.4)

де G_в – вага вежі вибраної бурової установки (бурова установка вибирається залежно від найбільшого навантаження на гаку, порахованого в практичному занятті №2);

G_c – вага саней, приймаємо G_с=30 кН.