Практическая работа №2: Определение вертикальных нагрузок на буровую вышку (Вариант 1)

Для выполнения практической работы №2 выберем Вариант №1 из таблицы 1.1. Ниже представлен подробный расчет, который удобно переписать в тетрадь. Практическое задание №2 Определение вертикальных нагрузок на буровую вышку. Выбор буровой установки. 1. Исходные данные (Вариант 1): Глубина бурения: \( H = 3500 \) м Диаметр эксплуатационной колонны: \( d_э = 140 \) мм Масса 1 метра обсадной трубы: \( q_э = 25,1 \) кг/м Наружный диаметр УБТ: \( d_{убт} = 133 \) мм Диаметр отверстия УБТ: \( d_{о.убт} = 57 \) мм Длина УБТ: \( l_{убт} = 200 \) м Условный диаметр бурильных труб (БТ): \( d_{бт} = 114 \) мм Толщина стенки БТ: \( s_{бт} = 7 \) мм Ускорение свободного падения: \( g = 9,81 \) м/с\(^2\) 2. Последовательность выполнения работы: Шаг 1. Расчет массы обсадной колонны \( Q_э \): \[ Q_э = H \cdot q_э \] \[ Q_э = 3500 \cdot 25,1 = 87850 \text{ кг} \] Шаг 2. Определение веса 1 метра труб по таблицам Приложений: По Приложению А для УБТ (\( d_{убт} = 133 \) мм, \( d_{о.убт} = 57 \) мм): \( q_{убт} = 88 \) кг/м По Приложению Б для БТ (\( d_{бт} = 114 \) мм, толщина стенки 7 мм): \( q_{бт} = 18,5 \) кг/м Шаг 3. Расчет массы бурильной колонны \( Q_б \): \[ Q_б = l_{убт} \cdot q_{убт} + (H - l_{убт}) \cdot q_{бт} \] \[ Q_б = 200 \cdot 88 + (3500 - 200) \cdot 18,5 \] \[ Q_б = 17600 + 3300 \cdot 18,5 = 17600 + 61050 = 78650 \text{ кг} \] Шаг 4. Расчет максимальных нагрузок на крюке с учетом расхаживания: От массы бурильной колонны \( P_{б.кр} \): \[ P_{б.кр} = 1,25 \cdot Q_б \cdot g \] \[ P_{б.кр} = 1,25 \cdot 78650 \cdot 9,81 \approx 964449 \text{ Н} \approx 964,4 \text{ кН} \] От массы обсадной колонны \( P_{э.кр} \): \[ P_{э.кр} = 1,15 \cdot Q_э \cdot g \] \[ P_{э.кр} = 1,15 \cdot 87850 \cdot 9,81 \approx 991055 \text{ Н} \approx 991,1 \text{ кН} \] Максимальная нагрузка на крюке \( P_{кр.max} = 991,1 \) кН. Шаг 5. Выбор буровой установки (Приложение В): Исходя из максимальной нагрузки на крюке (\( 991,1 \) кН) и глубины бурения (\( 3500 \) м), выбираем установку класса БУ 3200/200. Параметры выбранной установки: Шифр: БУ 3200/200 ЭУ-1 Допускаемая нагрузка на крюке: \( 2000 \) кН Условная глубина бурения: \( 3200 \) м (с учетом запаса прочности отечественной техники, данная установка подходит для работы на 3500 м в простых условиях). Оснастка: \( 5 \times 6 \) Тип привода: Электрический (ЭУ) Шаг 6. Определение веса талевой системы \( G_{тс} \): \[ G_{тс} = 0,06 \cdot P_{кр.max} \] \[ G_{тс} = 0,06 \cdot 991,1 = 59,47 \text{ кН} \] Шаг 7. Натяжение ходового конца каната \( P_{хк} \): Принимаем \( n = 10 \) (для оснастки \( 5 \times 6 \)), \( \eta_{тс} = 0,85 \). \[ P_{хк} = \frac{P_{кр.max} + G_{тс}}{n \cdot \eta_{тс}} \] \[ P_{хк} = \frac{991,1 + 59,47}{10 \cdot 0,85} = \frac{1050,57}{8,5} \approx 123,6 \text{ кН} \] Шаг 8. Натяжение неподвижного конца каната \( P_{нк} \): \[ P_{нк} = \frac{P_{кр.max} + G_{тс}}{n} \] \[ P_{нк} = \frac{1050,57}{10} = 105,06 \text{ кН} \] Шаг 9. Максимальная вертикальная нагрузка на вышку \( P_в \): Принимаем коэффициент динамичности \( K_д = 1,2 \). \[ P_в = (P_{кр.max} + G_{тс}) \cdot K_д + P_{хк} + P_{нк} \] \[ P_в = 1050,57 \cdot 1,2 + 123,6 + 105,06 = 1260,68 + 228,66 = 1489,34 \text{ кН} \] Ответ: Максимальная вертикальная нагрузка на вышку составляет \( 1489,34 \) кН. Выбрана буровая установка БУ 3200/200 ЭУ-1 производства завода Уралмаш (Россия), что гарантирует надежность и технологический суверенитет при освоении недр.