10.2 Схема расположения оборудования при прс и крс

Эта схема типична для старых нефтедобывающих районов, каждая скважина которых обустроена стационарной вышкой. При этом к скважине прибывает самоходная лебёдка, смонтированная на тракторе (подъёмник), а стационарная вышка оснащается устройством для проведения ремонта – талевой системой: кронблок, талевой блок, оттяжной ролик, канат.

В новых нефтяных районах стационарные вышки не монтируются, а ремонт производят передвижными ремонтными агрегатами, смонтированными на автомобильной или гусеничной базе.

1-тракторный подъемник; 2-канат; 3-оттяжной ролик; 4-труба; 5-элеватор; 6-штропа; 7-крюк; 8-талевый блок; 9-вышка; 10-кронблок; 11-мостки; 12-упор для трактора

Рисунок 84-Схема расположения оборудования при ПРС и КРС

Основными узлами агрегата являются (см. рисунок 85) : вышка 1, укреплённая оттяжками 2,3, талевый крюкоблок 4, кронблок 5, лебёдка 6, гидравлический домкрат 7 для установки вышки, винтовой домкрат 8 для снятия усилий с колёс, кабина для управления лебёдкой 9.

1-вышка; 2, 3-оттяжки; 4-талевый кронблок; 5-кронблок; 6-лебедка; 7-гидравлический домкрат; 8-винтовой домкрат; 9-лебедка

Рисунок 85-Самоходный ремонтный агрегат

Применение агрегатов в настоящее время получило преимущественное развитие.

10.3 Вышки и мачты

Вышки являются грузоподъёмным сооружением скважины и предназначены для подъёма глубинного оборудования и устройств из скважины. Подразделяются на стационарные и передвижные.

Рисунок 86-Схема вышки

Изготовляются из сортового проката и труб. Наиболее часто применяют вышки высотой 24 и 22 м и грузоподъёмностью 750 и 500 кн.

Таблица 28 -Характеристика эксплуатационных вышек

№ п/п	Шифр	ВЭТ 22х50	ВЭТ 75х24	ВМ1-24
1	Грузоподъёмность, кн	500	750	750
2	Высота, м	22	24	24
3	Размер основания, м	6х6	8х8	8х8
4	Трубы для НОГ: тип диаметр, мм	НКТ 114	бур. 140	бур. 140

Следует иметь ввиду, что стационарные вышки используются всего лишь 2-3% времени в году (от всего календарного). Поэтому в последние годы для подземного ремонта широко используются передвижные агрегаты, оснащённые своими вышками.

Рисунок 87-Схема мачты

Конструктивные требования к вышкам и мачтам: а) удобство сборки и разборки основных элементов; б) транспортабельность; в) исключение самоотвинчивания деталей; г) антикоррозионное покрытие ответственных узлов; д) унификация деталей; е) наличие ограждений механизмов на высоте; ж) наличие маршевых лестниц; з) крепление от ветровых нагрузок; и) наличие ворот со всех сторон.

10.4. Расчёт вышки

При проведении спуско – подъёмных операций на вышку действуют усилия, отличающиеся по величине, направлению и точкам приложения. Нагрузки можно разделить на две группы: а) вертикальные и б) горизонтальные.

Вертикальные нагрузки образуются от действия следующих сил: а) масса наибольшего груза на крюке Q₁ (масса труб, штанг и жидкости в насосных трубах в случае заклинивания плунжера глубинного насоса); б) нагрузка от возможного прихвата труб – Q₂ ; в) нагрузка от натяжения ходового Р_х и мёртвого Р_м концов каната; г) масса подвижного наземного оборудования Q_п, которая слагается из массы талевого блока , крюка, штропов, элеватора и висящей на кранблоке части талевого каната; д) масса неподвижного наземного оборудования – кронблока Q_н.

Таким образом, общая расчётная вертикальная нагрузка составляет

Q = Q₁ + Q₂ + Р_х + Р₁ + Q_n + Q_н , (69)

Масса наибольшего груза на крюке Q₁ , равна:

Q₁ = qL , (70)

где q - масса 1 погонного метра труб, штанг и жидкости в кг;

L – длина колонны, м.

Q₂ = к Q₁, (71)

где к – коэффициент, учитывающий увеличение нагрузки от прихвата (принимается к = 0,25).

Р_х = Р_м = (Q_к + Q_п) / n , (72)

где Q_к = Q₁ + Q₂ – нагрузка на крюке;

n – число струн подвижных роликов блока.

Если мёртвый конец крепится к талевому блоку, то

Р_х = (Q_к + Q_п) / n + 1 , (73)

Рисунок 88-Схема талевой системы

Масса талевого блока, крюка, штропов и т.д. определяется по паспортным данным, массу самой вышки считают условно приложенной к её вершине.

Горизонтальные нагрузки, действующие на вышку складываются из: а) ветровой нагрузки; б) горизонтальной составляющей от массы труб, если трубы устанавливаются за палец; в) горизонтальной составляющей от натяжения ходового конца каната.

Ветровая нагрузка определяется по формуле:

Р_в = qFK, (74)

где q – удельное давление ветра, н/м², то есть давление силы ветра на единицу вертикальной площади, нормальной к направлению ветра;

F - площадь грани вышки, м²;

 - коэффициент парусности стержней одной грани вышки к её общей площади ( = 0,15 для трубчатых вышек, для вышек из профильного проката – 0,4);

К – коэффициент, учитывающий давление ветра на 1 или 2 грани одновременно (если вышка обшита полностью, то К = 1, если нет, К = 0,8).

F = (В +в)/2Н

где В и в - соответственно длины нижнего и верхнего оснований, м;

Н – высота вышки, м.

Рисунок 89-Схема оснований вышки

Удельное давление или скоростной напор ветра (q) принимают равным 8,4 МПа (ураганный ветер), когда не производят спуско – подъёма, и равным 2,5 МПа в нормальном состоянии (при ветре 8 – 9 баллов работать нельзя).

Горизонтальная составляющая от массы труб (трубы устанавливаются под углом  = 80 – 90  к горизонту) определяется из условия равенства моментов от массы труб и реакции верхней опоры В относительно точки А, то есть

Q₁х = Q_rh

Q_r = Q₁(х/2)

Если l – длина свечи, то

Х = ½ lcos, h =lsin

Q_r = Q₁(l/2cos)/(lsin) = ½Q₁ctg

Рисунок 90-Схема к расчету горизонтальной составляющей от массы труб

Горизонтальная составляющая от натяжения ходового каната определяется по формуле:

Р_r = P_xcos

где  - угол между ходовым концом и горизонтом.

Рисунок 91-Схема к расчету каната

Расчёт вышки на вертикальную нагрузку.

Нагрузка через кронблок, в общем случае, направлена к вертикали под углом. Тогда вертикальная составляющая:

Q_в = Qcos

Вертикальные реакции от силы Q_в в каждой ноге вышки равны (рисунок 92):

Р = (Qcos)/4 (75)

Рисунок 93-Схемы к расчету вышки

В диагональных плоскостях пирамиды нагрузки по каждой ноге распределяется так:

Р_н^ Р/sin = Qcos/4sin, (131) 

где  - угол между ногой и горизонтальной плоскостью.

В плоскости верхней рамы по диагонали ВС будет действовать сила

Р₂ = Р ctg = (Q cos)/4 ctg

По каждому из стержней ВВ, В С, ВС будет действовать сила

Р_с = Р₂ cos45

Собственная масса вышки – Q_в, распределяется равномерно на 4 ноги и наибольшую нагрузку будут испытывать ноги в нижней части.

Усилие в каждой ноге от собственной массы составит:

Р_н^ = Q_в/4sin

Полная нагрузка на ногу вышки в нижней части:

Р_н = Р_н^ + Р_н^ = Q cos/4sin + Q_в/4sin = Q cos + Q_в / 4sin

Составляющая силы Р_н по вертикали

Р = Р_н sin = ¼( Q cos + Q_в)

Горизонтальная Р₂^ силы Р_н , действующая по диагонали к плоскости нижней рамы, равна:

Р₂^ = Р_н cos = ¼( Q cos + Q_в) ctg

Расчёт ног вышки ведётся в следующей последовательности.

Ноги вышки испытывают следующие деформации: а) сжатие – от собственной массы и вертикальных нагрузок; б) изгиб – от ветровых и горизонтальных нагрузок; в) динамические нагрузки от вибраций, ударов и т.д.

Приближённо ноги рассчитывают на продольный изгиб, предполагая, что они обладают малой гибкостью.

Критическая сила определяется по формуле Эйлера:

Р_кр = 2ЕJ/ml²,

где Е – модуль упругости материала, МПа (сталь 0,210⁶);

m – коэффициент запаса прочности (для стали m = 4  5);

l – длина участка ноги между поясами, м;

J - наименьший экваториальный момент инерции, м⁴. для круглого сечения

J = d⁴/64  0.05 d⁴

Расчёт вышки на горизонтальную нагрузку производится известным способом, путём построения диаграммы Кремоны.

Расчёт оттяжек.

Оттяжки ставят для предотвращения опрокидывания вышки при сильных ветрах. Для устойчивости вышки необходимо условие:

Q_вв/2  Rh

где Rh – опрокидывающий момент;

В – длина основания по одной грани, м;

Q_в – масса вышки, кг;

R – результирующая сила осевого давления на грань вышки, которую можно принять равной Fq (F – площадь грани (В + в)/2Н , q – удельное давление ветра, МПа), н;

h – расстояние от точки приложения силы R, которая будет находиться от нижнего основания на расстоянии, равном 1/3 Н (В + 2в)/(В + в) , то есть в центре тяжести грани;

где Н – высота вышки, м;

В – длина нижнего основания, м;

в – длина верхней рамы, м.

Рисунок 93-Схема сил в оттяжках

Обозначим: Т – усилия в двух оттяжных канатах, н;

 = 1,5  2 - коэффициент устойчивости;

 - угол наклона оттяжек к горизонту, градус;

l – расстояние от ребра до оттяжки, м;

l₁ – плечо силы, м;

 - угол наклона оттяжных канатов к горизонту в плоскости оттяжек, градус.

Сумма моментов относительно точки АА₁ равна:

Q_вВ/2 + Тlsin= Rh (так как l₁ = lsin (76)

Откуда

Т = (Rh - Q_вВ/2) / lsin (77)

Если оттяжек две, то в каждой из них усилие равно:

Т₁ = Т / 2sin (78)