Основные теоретические положения. Вышки устанавливают на высокие основания и прочно крепят к ним, особенно вышки мачтового типа

Вышки устанавливают на высокие основания и прочно крепят к ним, особенно вышки мачтового типа. При действии ветровых нагрузок вышка может быть опрокинута только вместе с основанием. Если вышка башенного типа устанавливается на низкое основание без прочного крепления ее ног, то она должна быть проверена на устойчивость, при этом влияние оттяжек не учитывается. Оттяжки устанавливают для обеспечения устойчивости во время бурь и сильных ветров.

Момент, опрокидывающий вышку на основание:

(37)

где Р_г – горизонтальная составляющая от усилия натяжения ведущей и ведомой струн талевого каната, Н;

Р_г.вт – равнодействующая от ветрового давления на вышку, Н;

Р_г.с – горизонтальная составляющая от веса пакета свечей, Н;

h – высота вышки, м;

h_B – Н – расстояние от опорной поверхности вышки до точки приложения ветровой нагрузки, м;

h_п – расстояние от опорной поверхности вышки до верхнего магазина пакета свечей, м.

Момент устойчивости вышки на основании

(38)

где G_B – сила тяжести ненагруженной вышки, Н;

l – расстояние от оси О–О скважины до точки В крепления подкоса, м.

Для обеспечения устойчивости необходимо, чтобы

(39)

Рис. 3. Схема расчета устойчивости бурового сооружения:

1 – пакет свечей; 2- мачта; 3 – подкос вышки; 4 – ведущая ветвь каната; 5- основание.

Основное условие устойчивости

(40)

где k= 1,15÷1,2 – запас устойчивости;

М_ув – восстанавливающий момент, создаваемый силами системы относительно линии опрокидывания;

М₀ – опрокидывающий момент, создаваемый внешними силами системы относительно той же линии опрокидывания.

Момент опрокидывания сооружения основание – мачта относительно точки А при установке лебедки ниже пола буровой и креплении неподвижной струны каната

M₀ = P_г(H+h)+P_гBTh_B. (41)

Момент устойчивости сооружения основание – мачта

M_ус=(G_B + G₀)b, (42)

где G₀ – вес основания, Н;

b – расстояние от оси скважины О–О до точки А, м.

При ураганных скоростях ветра, превышающих нормы, для увеличения восстанавливающего момента и устойчивости сооружения необходимо не только нагрузить талевую систему, но и ротор, поставив часть колонны на элеватор.

Опрокидывающий момент вычисляется как сумма моментов всех сил, опрокидывающих систему:

(43)

где P₁, Р₂, Р _п – внешние силы;

х₁, х₂, х _п – соответственно их плечи.

Аналогично вычисляется восстанавливающий момент.

При расчете устойчивости вышки принимают одну оттяжку, так как добиться одинакового натяжения оттяжек трудно, а излишнее предварительное натяжение может вызвать дополнительные горизонтальные силы. Поэтому в рабочем положении без ветра оттяжки должны иметь слабину и одинаковую стрелу провеса.

Натяжение оттяжки сооружения вышка – основание

N=M₀/C = M₀C/(a + b)sing, (44)

где а – расстояние от оси скважины до точки крепления оттяжки;

g – угол между оттяжкой и поверхностью земли.

В зависимости от действующей силы в оттяжке выбирают ее диаметр с учетом коэффициента запаса прочности каната, обычно равного 2-3, если оттяжки устанавливают параллельно или в два яруса, то этот коэффициент снижают до 1,5–2. Если оттяжки укреплены под углом к нормальной плоскости, то расчет уточняется с учетом этого угла.