Буровая вышка вбп53-320

Вышка башенная ВБП53-320 (рис. 3.15) предназначена для работы в технологическом комплексе буровой установки, установленном на ППБУ типа «Шельф».

Рис. 3.15. Буровая вышка ВБП53-320

Грани вышки представляют собой полураскосные решетки. Ниж­ние грани башни от пола до верхнего магазина - вертикальные, а верхние -наклонные. Колонны, изготовленные из труб, соединяются между собой фланцевыми соединениями. Пояса представляют собой сварные элементы двутаврового сечения. Внутри вышки по высоте расположены два магази­на для установки пакета свечей. Угол наклона свечей равен 3°30'. На под-кронблочной раме установлены кронблок, направляющие талевого блока, компенсатор и другие узлы.

В основном конструкция вышки аналогична конструкции вышки ВБП54-320.

Нагрузки на вышку

Морские буровые вышки работают при различных режимах экс­плуатации: бурении, производстве спуско-подъемных операций, спуске обсадной колонны, перегоне, переходе, штормовом отстое. Во всех пере­численных режимах на вышку действуют определенные нагрузки и их со­четания.

131

Для всех указанных режимов характерно совместное действие на­грузок, возникающих при качке плавсредства, и ветровых нагрузок. Ис­ходными данными при расчетах служат параметры качки (период, ампли­туда, высота волны, радиус волны), а также ветровые и технологические нагрузки, нагрузки от узлов и элементов вышки. Для каждого режима экс­плуатации вышки необходимо определить расположение бурильной ко­лонны и установить, какие элементы подлежат расчету. В табл. 3.7 в каче­стве примера приведены исходные данные для расчета буровой вышки типа ВБП53-320 (элементы расчета - колонны и решетки).

Таблица 3.7 Исходные данные для расчета буровой вышки

Условия эксплуатации буровой установки	Параметры качки					Ветровая нагрузка (скоро­стной напор), МПа	Нагрузка на крю­ке, кН	Расположе­ние буриль­ной колонны
	Период колебания, с*	Амплитуда, градус, *	Высота волны, м	Радиус волны r, м	Расстояние от платфор­мы буровой до центра качки z1, м
Спускоподъем- ные операции Спуск обсадной колонны	10	±5 ±6,5	6	3	23-25	4,3	3200	В скважине За пальцем
Перегон Штормовой отстой			11 12	5,5 6	30-32 25-27	7,0	- 2000	На стелла­жах В скважине
	12
*Для бортовой и килевой качки.

Определение нагрузок, вызванных качкой бурового плавсредства. При качке плавсредства на буровую вышку действуют следующие силы.

1. Инерционные нагрузки, возникающие при гармонических колеба­ниях плавсредства (рис. 3.16). Их определяют по следующим формулам:

при бортовой качке

при килевой качке

где m- масса участков вышки и оборудования, кг;

τ₁,τ₂ — периоды соответственно бортовой и килевой качки, с;

ϴ - амплитуда бортовой качки, градус;

ѱ- амплитуда килевой качки, градус;

z- расстояние от центра тяжести участка вышки до центра качки, м.

132

Рис. 3.16. Схема сил, действующих на вышку

2. Нагрузки., определяемые орбитальным движением судна на вол­не, вычисляют по следующим формулам:

при килевой качке

при бортовой качке

где г - радиус волны, м.

при килевой качке

Нагрузки от вертикальной качки плавсредства учитывают путем введения коэффициента перегрузки г\, увеличивающего расчетные на­грузки на участках вышки и оборудования. Нагрузки от участка (зоны), нормальные к оси вышки, определяют по формулам: при бортовой качке

Нагрузки, действующие по оси вышки, находят по формулам: при бортовой качке

133

при килевой качке

Коэффициент перегрузки

Эти коэффициенты рассчитывают для случаев перегона, СПО и штормового отстоя.

Нагрузки от элементов вышки и узлов оборудования, вычисленные в пределах данного участка (зоны), представляют в виде сосредоточенных сил. Силы инерции при вращательных перемещениях плавсредства около поперечной и продольной осей суммируют с силами инерции при орби­тальном движении плавсредства. Эти суммарные силы определяют по формулам:

при килевой качке

при бортовой качке

Для удобства расчетов вычисленные нагрузки, действующие на вышку при разных режимах эксплуатации и видах качки, сводят в таблицу.

Определение ветровых нагрузок на вышку. Согласно СНиП, ветро­вые нагрузки на сооружения вычисляют как сумму статических и дина­мических составляющих.

Статическую составляющую, которая соответствует установивше­муся скоростному напору, учитывают во всех случаях. Нормативное зна­чение статической составляющей

где qo- скоростной напор;

к - коэффициент, учитывающий изменение скоростного напора по

высоте (определяют в соответствии с требованиями СНиП); с - аэродинамический коэффициент.

134

Динамическую составляющую, вызываемую пульсацией скорост­ного напора, учитывают при расчете сооружений с периодом собственных колебаний более 0,25 с (мачты, башни и т.п.). Нормативное значение ди­намической составляющей ветровой нагрузки для сооружений с равно­мерно распределенной массой и постоянной по высоте жесткостью при учете только первой формы собственных колебаний допускается опреде­лять по формуле

q_н.д. = q_н..c. χ ξ, ν m

где q_H.C.- нормативное значение статической составляющей ветровой нагрузки на уровне верха сооружения;

χ- коэффициент перегрузки (принимают по СНиП);

ξ - коэффициент динамичности;

ν- коэффициент, учитывающий пространственную корреляцию пульсации скорости ветра по высоте.

Помимо нагрузок на вышку также определяют ветровые нагрузки на узлы ДСП, пакет свечей за пальцем, кронблок, талевый блок с компен­сатором, балкон механизма расстановки свечей, направляющие талевого блока. Ветровые нагрузки рассчитывают для двух направлений: вдоль мостков и поперек них (килевое и бортовое направления). При определе­нии давления ветра на узлы оборудования коэффициент динамичности не учитывают. Для удобства расчета вычисленные значения ветровых нагру­зок для каждой зоны, действующих на все грани и на всех режимах экс­плуатации, сводят в таблицу.

Определение усилий и напряжений в элементах вышки

Расчетную схему вышки принимают с некоторыми допущениями: опоры колонн, жестко закрепленные на портале, принимают шарнирно неподвижными; опоры колонн, закрепленные на опорных стойках, из-за меньшей жесткости их конструкции и возможных перемещений условно принимают шарнирно подвижными.

Направление суммарных нагрузок выбирают произвольно для всех режимов эксплуатации, за исключением передней и задней граней вышки для случая производства СПО, где направление суммарных нагрузок должно совпадать горизонтальной составляющей веса пакетов свечей.

Вычисленные нагрузки от качки на грани вышки, состоящие из сил инерции при бортовой и килевой качке с учетом орбитального движения и нагрузки от участков вышки и оборудования с учетом коэффициента пе­регрузки, распределяют по узлам плоских ферм-граней. Нагрузку на крюк и на подвижную и неподвижную ветви талевого каната распределяют на наголовнике вышки между смежными гранями. Усилие в колоннах опре­деляют суммированием усилий, полученных при рассмотрении двух смежных граней.

135

Нагрузку на крюке рассчитывают по формуле

P_l = Q_maxk+G,

где Qmax- максимальная нагрузка на крюке, кН;

k - коэффициент перегрузки для нагрузки на крюке;

G- вес талевого блока с компенсатором, тележками, кН.

Среднее усилие в ветви талевого каната находят по формуле:

T₁ = Q_maxk + G/i,

где i- число струн талевой системы. Нагрузка на кронблок составит

Р = Р₁+2Т₁

Все внешние силы, действующие на вышку при различных режи­мах эксплуатации, распределяют по узлам плоских ферм-граней на рас­четных схемах, после чего определяют усилия в элементах вышки и опор­ные реакции. Полученное при расчётах распределение усилий в элементах вышки для удобства расчётов сводят в таблицу.

По приведенным в таблице расчётным усилиям в элементах вышки находят напряжения в элементах. При этом, кроме проверки на прочность всех элементов, проводят проверку центрально сжатых элементов на устойчивость по формуле:

Ϭ = N/φFх m ≤R,

где N - расчетное осевое усилие сжатия в элементе, кН;

φ - коэффициент продольного изгиба, принимаемый в функции

наибольшей гибкости λ=1| r;

1 - расчётная длина элемента, см;

г - радиус инерции сечения, см;

F- площадь сечения элемента, см²;

m- коэффициент условий работы (для элементов колонн и ре­шётки принимают 0,85 по СНиП-23-81);

R- расчетное сопротивление стали растяжению или сжатию, МПа.

Для удобства расчёта полученные напряжения при всех режимах эксплуатации сводят в таблицу.

136