Способ испытания буровых вышек в промысловых условиях неразрушающим динамическим методом

 

Изобретение относится к испытанию буровых вышек в промысловых условиях. Цель изобретения - уменьшение времени и трудоемкости работ, повышение их безопасности и повышение точности определения фактической грузоподъемности вышки. Для этого предварительно определяют геометрические размеры элементов решетки вышки на уровне половины высоты ее конструкций. На вышке и основании устанавливают сейсмоприемники. Расслабляются все оттяжки вышки. При их отсутствии закрепляется одна оттяжка. Путем удара по одной оттяжке возбуждаются свободные изгибные (поперечные) колебания вышки, которые записываются регистрирующим прибором. Определяют частоту ω свободных поперечных колебаний вышки и определяют приведеную Эйлерову нагрузку (P<SB POS="POST">э</SB>) на вышку по формуле P<SB POS="POST">э</SB>-[4φ(1+4λ)<SP POS="POST">2.</SP>M<SP POS="POST">.</SP>L<SP POS="POST">.</SP>Ω<SP POS="POST">2</SP>]:Q<SP POS="POST">4</SP>(1-Α)<SP POS="POST">2</SP>, кН, где M - масса конструкции вышки, определяемая по паспорту, т

L - высота конструкции вышки, определяемая по паспорту, м

α - параметр конусности вышки

λ - наименьший нетривиальный положительный корень характеристического уравнения задачи об устойчивости конструкции выемки

Q - наименьший нетривиальный положительный корень частотного уравнения задачи о колебании вышки. Затем определяют критическую испытательную нагрузку (P<SB POS="POST">кр.N</SB>) на вышку по формуле P<SB POS="POST">кр.N</SB>=P<SB POS="POST">э</SB>:[1+P<SB POS="POST">э</SB>/E(N/F<SB POS="POST">Q</SB>JINφ<SP POS="POST">.</SP>COS<SP POS="POST">2</SP>φ+1/F<SB POS="POST">P</SB>TGφ)],кН, где E - модуль Юнга материала решетки выемки, кПа

F<SB POS="POST">G</SB>

F<SB POS="POST">P</SB> - площади поперечных сечений раскосов и распорки решетки, м<SP POS="POST">2</SP>

N - количество раскосов решетки

φ - угол между раскосом и распорной решеткой определяемый по натурным измерениям, градус. Фактическую грузоподъемность вышки (P<SB POS="POST">ф</SB>) определяют по формуле P<SB POS="POST">ф</SB>=K<SP POS="POST">.</SP>P<SB POS="POST">кр.N</SB>, кН, где K - коэффициент запаса прочности. 2 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ, СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (gg)g E 21 В 15/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4487122/23-03 (22) 25.08.88 (46) 23.06,90. Бюл. Р 23 (71) Научно-исследовательский и проектный институт по освоению месторождений нефти и газа "Гилроморнефтегаз" (72) Я.Э.Ахмедов, Б.M.Èàìåäîâ и М.С.Махмудов (53) 622.242.3.002.52 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 354110, кл. Е 21 В 15/00, 1968.

Авторское свидетельство СССР

Р 1244275, кл. E 21 В 15/00, 1984, (54) СПОСОБ ИСПЫТАНИЯ БУРОВЫХ ВЫШЕК

В ПРОМЫСЛОВЫХ УСЛОВИЯХ НЕРАЗРУШАМЩИМ

ДИНАМИЧЕСКИМ МЕТОДОМ (57) Изобретение относится к испытанию буровых вышек в промысловых условиях. Цель изобретения — уменьшение времени и трудоемкости работ, повышение их безопасности и повышение точности определения фактической грузоподъемности вышки. Для этого предварительно определяют геометрические размеры элементов решетки вышки на уровне половины высоты ее конструкций. На вышке и основании устанавливают сейсмоприемники. Расслабляются все оттяжки вышки. При их отсутствии закрепляется одна оттяжка. Путем удара по одной оттяжке возбуждаются свободные иэгибные (поперечные) колеИзобретение относится к бурению, .а именно к способам испытаний буровых вышек в промысловых условиях.

Целью изобретения является уменьшение времени и трудоемкости работ, ÄÄSUÄÄ 1573133 А 1

2 бания вышки, которые записываются регистрирующим прибором. Определяют частоту ьО свободных поперечных колебаний вышки и определяют приведенную

Эйлерову нагрузку (Рз) на вышку по формуле Р = Г4 й(1+43)2.М-1 м 1:

g 4 (1- d ), кН, где М - масса конструкции вышки, определяемая по паспорту, т, 1 — высота конструкции

1 вышки, определяемая по паспорту, м;

Ы вЂ” параметр конусности вьппки; Лнаименьший нетривиальный положительный корень характеристического уравнения задачи об устойчивости конструкции выемки; g — наименьший нетривиальный положительный корень частотного уравнения задачи о колебании 9 вышки. Затем определяют критическую испытательную нагрузку (Р „ „ ) на вышку по формуле Р „р„ = Р : (1 + С

+ Р /Е (п/F>sing cos2 g + 1/F tg g)), кН, где Š— модуль Юнга материала решетки выемки, кПа; F, Fp — площади поперечных сечений раскосов и распорки решетки, м ; п †. количество раско- р сов решетки; — угол между раскосом и распорной решеткой, определяемый по натурным измерениям град. Фактик

>ай ческую грузоподъемность вышки (Р )

Ф определяют по формуле P = КР„, кН, где К вЂ” коэффициент запаса прочности. 2 табл. повышение их безопасности и повышение точности определения фактической грузоподъемности вышки.

Способ реализуется следующим образом.

1573133

tg (P 1nà() = 2Л о (q)

I7 (q)

12(q+ )

-Ip (qua) у, (ч)

-У, (q)

2()

-К, (1Я) I,(q)

I,(q)

I2(Ча) э (1© к,(q)

К! (Ч) к,(qQ)

К э(Ч1©

= 0

1 (ф где I (x) (х)

Т,„иК„, m=

0 1 2 3

Непосредственным измерением определяются геометрические размеры поперечных сечений элементов решетки (раскосов и распорок) вышки и угол примыкания между ними у на уровне половины высоты вышки. По измеренным геометрическим размерам путем расчета определяются значения площадей поперечных сечений этих элементов

F< и F<. По паспортным данным определяются значения. коэффициентов запаса К, количество раскосов решетки и, масса конструкции ш, высота конструкции 1 и отношение размеров сторон

1 верхнего и нижнего оснований вьппки.

На трех уровнях по высоте конструкции вьппки: на краноблочной площадке, на балконе верхнего рабочего и на оснЬвании вышки на горизонтальных пло20 дках устанавливаются сейсмоприемник, подключенные к регистрирующему прибору. Расслабляются все оттяжки в шки (а при их отсутствии закрепляется одна новая оттяжка) и путем удара по одной из них, расположенной в вертикальной плоскости приема сейсмоприемника, возбуждаются свободные

nîïåречные (изгибные) колебания вьппки, которые записываются с помощью рЕгистрирующего прибора. Для достоверности полученных информаций рекоМендуется повторять процесс трехкратно. По полученным записям (осфтллограммам) определяется частота

N свободных поперечных колебаний выш- З5 ки. В качестве расчетного значения астоты свободных колебаний у приниМается средне-арифметическое значеНие всех измерений, Обработка осциллограмм и определение частот свободm = 0,1,2,3 — цилиндрические функции первого рода;

m = 0,1,2,3 — цилиндрические функции второго рода; — цилиндрические функции мнимо55 го аргумента.

Поиск наименьшего нетривиального корня данного уравнения может быть ных колебаний конструкции производится стандартными методами.

Производимые измерения колебаний осуществляются сейсмоприемниками типа

ВЭГИК, CM-3, СМ-5, ВБП и светолучевыми осциллографами типа Н-700 и

Н-004, Значение параметра Я (наименьшего отличного.от нуля положительного корня уравнения задачи об устойчивости конструкции вышек) при известном o((параметре.конусности конструкции вышки — отношение размеров сто рон верхнего и нижнего оснований—

0,2 для большинства вышек) определя ется путем решения трансцендентного уравне ния методом проб. Решение данного уравнения методом проб легко реализуется с помощью микрокалькулятора или лога» рифмиче ской лин ейки. Учитывая, что параметр а(для реальных конструкций вышек изменяется в небольшом диапазоне, можно заранее определить все соответствующие решения данного уравнения. Установлено, что при изменении параметра а в диапазоне 0,1-0,5 значения Л находятся в интервале 0,9022,546, причем изменение Л носит нелинейный характер.

Таким же расчетным путем определяется значение параметра о (наименыпнй положительный корень частного уравнения задачи о колебании вышек) .при заданном значении o(. Для этого необходимо решать следующее частотное уравнение, левая сторона которого является детерминантом четвертого порядка произведен методом проб. При этом значения вышеприведенных цилиндрических функций при различных значениях аргументов х = q и х = q +g находятся из соответствующих таблиц.

Значения наименьшего корня частотного уравнения q для различных Значений параметра, также заранее, раз и навсегда, могут быть установлены.

Такие расчеты выполнены на 3BN.

Найдены наименьшие нетривиальные корни частотного уравнения для значений

3133 6

Далее способ реализуется следующим образом.

По формуле

4п (1 + 4Л ) Mlm у (1 / )2 вычисляется значение приведенной Зйлеровой нагрузки Р9. С учетом значений Р, E (модуль Юнга материала решетки вьппки) и, Ер, Fp u q по фор.муле

Р

Ф-" Рэ — кН

1 + — э(п/Fg sin ф cos p + 1 (Fp tg p )

Е определяется значение критическои испытательной нагрузки Р„ „ . Далее с учетом коэффициента запаса К вычисляется фактическая грузоподъемность вьппки Рф по формуле ф К Р сри» кНю причем К предварительно устанавливается предприятием-изготовителем.

Для проверки достоверности предлагаемого способа испытания буровых вьппек проведена серия экспериментальных исследований с вариацией жесткостных и геометрических характеристик испытуемых модельных конструкций.

Для возможности сопоставления предлагаемого способа с известным способом нагружение испытуемых конструкций проводится ступенями вплоть до разрушения. При этом осуществлено 35 измерение частоты способных колебаний испытуемых конструкций для всех ступеней нагружения, в том числе и при отсутствии нагрузки. В табл. 1 приводятся необходимые исходные дан- 40 ные экспериментально исследованных двух модельных конструкций.

Для сравнительной оценки прогнозирующей способности предлагаемого способа выполнены соответствующие расчеты по предлагаемому и известному способам. Для простоты коэффициент запаса принят к = t. Результаты экспериментальных исследований и расчетов приведены в табл. 2. 50

Как видно из таблицы, предлагаемый способ обеспечивает высокую точность по сравнению с известным спо45

Рэ Р и 1+Р /E(n/F>sin y cos

 — модуль Юнга материала решетки вышки, кПа;

q+ 1/F tpg) кН,где Е

5 157 и(в интервале 0,1-0,5, приМем шаг йз: менения o(принято Clo(- 0 05. Полученные значения корня частотного уравнения q находятся в интервале 3,242-, 4,193 (для большинства вышек 3,362).

Следовательно, наличие табулированных значений параметров Я и q для различных значений параметра конусности вышки o|исключает необходимость соответствующих расчетов во время испытании. собом. Кроме того, предлагаемый способ значительно сокращает трудоемкость необходимых подготовительных работ, может применяться практически на всех буровых площадках (на суши и в море), обеспечивает высокую безопасность проводимых работ, исключает передачи статической нагрузки и сокращает до минимума срок остановки промысловых работ на площадке.

Предлагаемый способ может быть использован буровыми, изыскательскими, строительными и проектными организациями для определения фактической грузоподъемности буровых вьппек в нефтегазопромысловых условиях.

Формула из обре тения

Способ испытания буровых вьппек в промысловых условиях неразрушающим динамическим методом, включающий возбужцение свободных поперечных колебаний конструкции вышки и регистрацию их частоты с последующим расчетным определением фактической грузоподъемно сти вышки, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью уменьшения времени и трудоемкости работ, повышения их безопасности и повышения точности определения фактической груз оподъемности вьппки, предварительно определяют геометрические размеры элементов решетки вышки на уровне гголовины высоты ее конструкции, при этом вначале определяют критическую испытательную нагрузку на вышку из выражения

F — площади поперечных сече ний раскосов и распорки

1573133 и г де M — масса конструкции вьппки, определяемая по паспорту, т;

1 1

n g M град. Т

1 ы, " Л с1 Е

M r„r„ кПа

Mo- .Fq q дель м

F м

1 0,000064 0,00023 4 68 0,16 6 9,4-: 8 0,22 1,299 3,403 2, 1 ° 10

2 0,00005 0,000075 4 67 О, 130 4 14,5 . 14 0,3 1,562 3,549 2, 1 10

П р и,м е ч а н и е: у, - частота свободных колебаний испытуемых конструкций под действием статической нагрузки, равной

20 КН.

Т аблица 2

Модель Критическая испытательная нагрузка, кН

Погрешность, 7.

Предлагаемый способ

Известный Предлагаемый способ способ

Известный спо соб кспернмент

-59,6 +2,4

+37,2 +5,6

72,54

295,08

183, 7

227,07

179,4

215

Составитель Т. Никитенко

Техред M.Õoäàíè÷ . Корректор Н.Король

Редактор Г.Гербер

Заказ 1627 Тираж 469 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, MorKBa, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина,101 решетки, определяемые по натурным измерениям, м, количество раскосов решетки; угол между раскосом и распоркой решетки, определяемый по натурным измерениям, град; приведенная Эйлерова нагрузка на вьппке„ определяемая по формуле

1 — высота конструкции вышки, определяемая по паспорту, м; у - частота свободных поперечных колебаний вышки, Гц, Ы вЂ” параметр конусности вышки

Л - наименьший нетривиальный положительный корень характеристического уравнения задачи о колебании вышки

q — наименьший нетривиальный положительный корень частотного уравнения задачи о колебании вышки

15 и затем определяют фактическую грузоподъемность вьппки Рф по формуле ф кр.и ° в где К вЂ” коэффициент запаса прочности.

Таблица 1