Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

При бурении сравнительно глубоких разведочных скважин ис­пользуют стационарные вышки, устанавливаемые на основании. В процессе их эксплуатации могут возникнуть самые разнообразные сочетания внешних активных сил. Из этих сочетаний выбирают неблагоприятные^ и для них рассчитывают опорные реакции и усилия в элементах вышки.

Одно из неблагоприятных сочетаний—такая комбинация активных сил (рис. 4.5), которая создает наибольший опрокидывающий момент или наибольшую горизонтальную составляющую реакции заделки. На рис. 4.5, а показана расчетная схема вышки для указанного

87

Рис. 4.5. К расчету буровой вышки на опрокидывание при неблагоприятном сочетании активных сил

сочетания сил. Сущность задачи может быть сформулирована сле­дующим образом. Лебедкой бурового станка поднимается обсадная труба длиной /, уложенная на козлах. Труба опирается нижним концом в точке С на негладкую наклонную плоскость. Коэффициент трения свечи о плоскость (настил на козлах) равен /, плоскость козел образует с горизонтальной плоскостью угол а. Труба с плос­костью козел образует угол ср, который в процессе подъема трубы изменяется от нуля до 90° — а. Внутри вышки под некоторым углом р установлен пакет свечей бурильных труб, который опирается на 88

вышку в точке О, расположенной от нижней плоскости вышки на расстоянии а. В процессе подъема трубы на вышку со стороны правой панели действует ветровая нагрузка интенсивностью q, рав­нодействующая FB этой нагрузки приложена в точке М, расположенной на расстоянии b от нижней плоскости вышки. Расстояние между точками закрепления вышки А и В равно с. Необходимо определить реакции опор вышки, считая, что в точке А неподвижная шарнирная заделка, а в точке В—подвижная шарнирная заделка. При расчете размерами блока можно пренебречь и считать, что силы Ту и Т направ­лены вдоль оси вышки.

Первоначально рассмотрим равновесие обсадной трубы (рис. 4.5, б), имея в виду, что для предельного случая Fr = Nf:

£/** = 0. Тх—TVsina—Vy/eosa=0; (4.46)

£/^,, = 0, Ncosa—Л/sina—Q+Ty = 0; (4.47)

£wc(F*)=0, Q cos (cp+a) // 2—Л7 cos a cos (cp+a)—

— N1 sin a sin (cp + a)—Nflcos a sin (a+ф)+Nfl sin a cos (ф + a) = 0. (4.48)

Из равенства (4.48) находим

О cos (ф + сс)

N-——————————— —’ ‘ . (4.49)

TOC o "1-5" h z 2 cos(ф +a)(cosa—/sina)+sin^-fa)(sina-f/cosa) ‘

Затем из равенства (4.46) можно определить

. T=Q______________ cos (ф+a) (sin a +/ cos a)___________

" 2 cos(ф+a)(cosa—/sinoc)+sin^+a)(sina-|-/cosa)

r==/v,_£_____________ cos (Ф+a) (/sin a—cos a)_________ ^

y ^ 2 cos (ф+a) (cos a —/sin a)+sin (ф+a) (sin a +/cos a)………………….. f

>

Зная Tx и Ty, можно вычислить

Т={Тх2+Туг)1’2. (4.52)

При а=0 (т. е. когда труба перед подъемом располагается

горизонтально)

. г О cos ф

Tcos<p+j! si. i<p’ ’

Т, Л ■ (4.54)

2 совф-Ь/вша

О cos ш

Ty = Q-~————— —• (4.55)

2 совф+уыпф

Максимальное значение горизонтальная составляющая натяжения каната приобретает, когда ф = 0:

Tx = Qfl 2. (4.56)’

Вертикальная составляющая натяжения каната в этом случае будет?; = е/2. (4.57)

Из соотношений (4.54) и (4.55) можно сделать важный дм практики вывод: как горизонтальная так и вертикальная составляющие натяжения каната не зависят от расстояния, на которое обсадная труба удалена от буровой вышки. Однако здесь важно сделать одну существенную оговорку. Для равновесия трубы, расположенной под углом ф (или ф + а при наличии козел), линия натянутого каната должна строго совпадать с направлением усилия Т. Достаточно немного натянуть канат и равновесие немедленно нарушится, а труба с ускорением устремится в сторону вышки. Бурильщики, исполь­зующие лебедку станка для подтаскивания к вышке различного оборудования, в том числе обсадных труб, хорошо знают, что эту операцию необходимо осуществлять чрезвычайно осторожно. При резком натяжении каната подтаскиваемая труба со значительным ускорением начнет двигаться к вышке и может стать причиной поломок станка или вышки.

Статически задачу о движении подтаскиваемой трубы решить невозможно. Она решается методами динамики. Однако отметим, что ее строгое решение осуществить затруднительно из-за невозмож­ности точного задания усилия натяжения каната (приложенного в точке D).

Для рассмотрения условий равновесия вышки необходимо опре­делить давление FCB на вышку со стороны пакета свечей (рис. 4.5, в). Поскольку в определении усилий FTC (сила трения пакета свечей о пол) и Nc (нормальная реакция пола) нет необходимости, вос­пользуемся уравнением моментов для определения только F,„. Условие равновесия будет иметь следующий вид:

I>s(Fk)=0, Fcn yCosP + FCBtf=0, (4.58)

где Рсв—сила тяжести пакета свечей; /св—длина одной свечи.

Тогда

Fob = FCB /св cos Р / 2а. (4.59)

Теперь можно рассмотреть условия равновесия вышки и опре­делить искомые величины. Все действующие на вышку силы (активные и реакции связей) показаны на рис. 4.5, а. Составим одно из условий равновесия:

£*щШ=0- Txh-Tyc/2-Tc/2-Pc/2 + FCBa+FBb+YBc = 0. (4.60)

Составляем уравнение проекций сил на ось х:

Из уравнения (4.60) находим YB = (T^c+Tc+Pc-2Txh-2FBb)/2c.

£F*,=0, XA-Tx-F„-FB= 0, (4.62)

откуда

Xa=T,+F^+Fb. (4.63)

! Наконец, составляем уравнение проекций сил на ось у

1^,-0, YA— Ту Т—Р + Уд=0 (4.64)

и определяем

YA=(TyC+ Tc+Pc+2Txh+2FCBa+2FBb)/2c. (4.65)

Вычисленные реакции применяют для последующего расчета оснований вышек. Для рассмотренного случая реакция YB может ■ оказаться отрицательной (вышка стремится опрокинуться относитель­но точки А). Тогда усилие YB используют для расчета якоря (анкера). Если укрепить вышку с помощью якоря не удается, то ее оборудуют канатными растяжками.

Рассмотрим числовой пример определения опорных реакций ног вышки для следующих исходных данных: 6=4000 Н, а=0, ф = 0, /=0,5, Рсв = 35000 Н, /св = 18,5 м, Р = 85°, с = 6 м, />=80000 Н, /г = 24м, а= 15 м, />=11 м, // = 60000 Н (вышка полностью обшита). После вычислений получаем Тх = (4000/2)0,5 = 1000 Н, 7^ = 2000 Н, 7"= 2240 Н, : FCB = 4700H, YB = —83 630 Н, ХА = 65 700 Н, YA= 167870 Н.

Все вычисленные реакции следует распределять между двумя, опорами. Обратим внимание на значительность горизонтальной 1 составляющей реакции опоры и отрицательный знак одной из вертикальных составляющих. Как показывает приведенный пример, I определяющей такое состояние нагружения вышки является ветровая I нагрузка.

Комментарии запрещены.