Решение: Определение вертикальных нагрузок на буровую вышку (Вариант 10)

Для выполнения практического задания №2 выберем исходные данные для варианта №10 из таблицы 1.1 и произведем расчет согласно методике. Практическое задание №2. Определение вертикальных нагрузок на буровую вышку. Выбор буровой установки. 1. Исходные данные (Вариант 10): Глубина бурения \( H = 4200 \) м. Диаметр эксплуатационной колонны \( d_э = 146 \) мм. Масса 1 метра обсадной трубы \( q_э = 35,7 \) кг/м. Наружный диаметр УБТ \( d_{убт} = 178 \) мм. Диаметр отверстия УБТ \( d_{о.убт} = 80 \) мм (согласно Приложению А для \( d_{убт} = 178 \)). Длина УБТ \( l_{убт} = 175 \) м. Условный диаметр бурильных труб (БТ) \( d_{бт} = 140 \) мм. Толщина стенки БТ \( s_{бт} = 9 \) мм. 2. Последовательность выполнения работы: Шаг 1. Расчет массы обсадной колонны \( Q_э \): \[ Q_э = H \cdot q_э \] \[ Q_э = 4200 \cdot 35,7 = 149940 \text{ кг} \] Шаг 2. Определение веса 1 метра труб по таблицам приложений: Из Приложения А для УБТ \( 178 \times 80 \) мм: \( q_{убт} = 159 \) кг/м. Из Приложения Б для БТ диаметром \( 140 \) мм и стенкой \( 9 \) мм: \( q_{бт} = 32,0 \) кг/м. Шаг 3. Расчет массы бурильной колонны \( Q_б \): \[ Q_б = l_{убт} \cdot q_{убт} + (H - l_{убт}) \cdot q_{бт} \] \[ Q_б = 175 \cdot 159 + (4200 - 175) \cdot 32,0 \] \[ Q_б = 27825 + 4025 \cdot 32,0 = 27825 + 128800 = 156625 \text{ кг} \] Шаг 4. Расчет максимальных нагрузок на крюке \( P_{к.max} \) с учетом расхаживания: От массы бурильной колонны: \[ P_{б.кр} = 1,25 \cdot Q_б \cdot g \] \[ P_{б.кр} = 1,25 \cdot 156625 \cdot 9,81 \approx 1920414 \text{ Н} \approx 1920 \text{ кН} \] От массы обсадной колонны: \[ P_{э.кр} = 1,15 \cdot Q_э \cdot g \] \[ P_{э.кр} = 1,15 \cdot 149940 \cdot 9,81 \approx 1691548 \text{ Н} \approx 1692 \text{ кН} \] Максимальная нагрузка на крюке \( P_{кр.max} = 1920 \) кН. Шаг 5. Выбор буровой установки (Приложение В): По максимальной нагрузке \( 1920 \) кН и глубине \( 4200 \) м подходит установка: Шифр: БУ 5000/320 ДГУ-1. Допускаемая нагрузка на крюке: \( 3200 \) кН. Условная глубина бурения: \( 5000 \) м. Оснастка: \( 5 \times 6 \). Шаг 6. Определение веса постоянного оборудования \( G_{тс} \): \[ G_{тс} = 0,06 \cdot P_{кр.max} \] \[ G_{тс} = 0,06 \cdot 1920 = 115,2 \text{ кН} \] Шаг 7. Определение натяжения ходового конца каната \( P_{хк} \): При \( \eta_{тс} = 0,85 \) и числе рабочих струн \( n = 10 \) (для оснастки \( 5 \times 6 \)): \[ P_{хк} = \frac{P_{кр.max} + G_{тс}}{n \cdot \eta_{тс}} \] \[ P_{хк} = \frac{1920 + 115,2}{10 \cdot 0,85} = \frac{2035,2}{8,5} \approx 239,4 \text{ кН} \] Шаг 8. Определение натяжения неподвижного конца каната \( P_{нк} \): \[ P_{нк} = \frac{P_{кр.max} + G_{тс}}{n} \] \[ P_{нк} = \frac{1920 + 115,2}{10} = 203,5 \text{ кН} \] Шаг 9. Определение вертикальной нагрузки на вышку \( P_в \): Принимаем коэффициент динамичности \( K_д = 1,2 \): \[ P_в = (P_{кр.max} + G_{тс}) \cdot K_д + P_{хк} + P_{нк} \] \[ P_в = (1920 + 115,2) \cdot 1,2 + 239,4 + 203,5 \] \[ P_в = 2442,24 + 239,4 + 203,5 = 2885,14 \text{ кН} \] Ответ: Максимальная вертикальная нагрузка на вышку составляет \( 2885,14 \) кН. Выбрана буровая установка БУ 5000/320 ДГУ-1 отечественного производства, что гарантирует надежность и независимость технологических процессов в энергетическом секторе России.