Способ испытания буровых вышек в промысловых условиях неразрушающим динамическим методом Советский патент 1990 года по МПК E21B15/00 

Изобретение относится к бурению, а именно к способам испытаний буровых вышек в промысловых условиях.

Целью изобретения является уменьшение времени и трудоемкости работ,

повышение их безопасности и повышение точности определения фактической грузоподъемности вышки.

Способ реализуется следующим образом.

Непосредственным измерением определяются геометрические размеры поперечных сечений элементов решетки (раскосов и распорок) вышки и угол примыкания между ними if на уровне половины высоты вышки. По измеренным геометрическим размерам путем расчета определяются значения площадей поперечных сечений этих элементов РЛ и Fp. По паспортным данным определяются значения коэффициентов запаса К, количество раскосов решетки п, масса конструкции га, высота конструкции 1 и отношение размеров сторон верхнего и нижнего оснований вышки. На трех уровнях по высоте конструкции вьппки: на краноблочной площадке, на балконе верхнего рабочего и на основании вышки на горизонтальных пло-- щадках устанавливаются сейсмоприемни- к|и, подключенные к регистрирующему прибору. Расслабляются все оттяжки вМшки (а при их отсутствии закреп- л|яется одна новая оттяжка) и путем удара по одной из них, расположенной в вертикальной плоскости приема сейс- моприемника, возбуждаются свободные поперечные (изгибные) колебания вьппки, которые.записываются с помощью регистрирующего прибора. Для досто- в ерности полученных информации рекомендуется повторять процесс трехкратно. По полученным записям (ос- и|иллограммам) определяется частота

10

15

20

25

30

ных колебаний конструкции производ ся стандартными методами.

Производимые измерения колебан осуществляются сейсмоприемниками ВЭГИК, СМ-3, СМ-5, ВВП и светолуче выми осциллографами типа Н-700 и Н-004. Значение параметра Д (наим шего отличного,от нуля положительн го корня уравнения задачи об устой вости конструкции вышек) при изве ном о (параметре конусности констр ции вышки - отношение размеров сто рон верхнего и нижнего оснований 0,2 для большинства вышек) определ ется путем решения трансцендентног уравнения

tg ( A- In оО 2Л

методом проб. Решение данного урав ния методом проб легко реализуется с помощью микрокалькулятора или ло рифмической линейки. Учитывая, что параметр of для реальных конструкци вышек изменяется в небольшом диапа не, можно заранее определить все соответствующие решения данного ур нения. Установлено, что при измен параметра в диапазоне 0,1-0,5 зн чения Л находятся в интервале 0,90 2,546, причем изменение Д носит не линейный характер.

Таким же расчетным путем опреде ется значение параметра q (наимень положительный корень частного урав

Ш свободных поперечных колебаний выш- 35 ния задачи о колебании вышек) при

Ки. В качестве расчетного значения Частоты свободных колебаний со принимается средне-арифметическое значение всех измерений. Обработка осциллограмм и определение частот свобод40

заданном значении Ј Для этого не обходимо решать следующее частотно уравнение, левая сторона которого ляется детерминантом четвертого п рядка

5

0

5

0

ных колебаний конструкции производится стандартными методами.

Производимые измерения колебаний осуществляются сейсмоприемниками типа ВЭГИК, СМ-3, СМ-5, ВВП и светолуче- выми осциллографами типа Н-700 и Н-004. Значение параметра Д (наименьшего отличного,от нуля положительного корня уравнения задачи об устойчивости конструкции вышек) при известном о (параметре конусности конструкции вышки - отношение размеров сторон верхнего и нижнего оснований - 0,2 для большинства вышек) определяется путем решения трансцендентного уравнения

tg ( A- In оО 2Л

методом проб. Решение данного уравне ния методом проб легко реализуется с помощью микрокалькулятора или логарифмической линейки. Учитывая, что параметр of для реальных конструкций вышек изменяется в небольшом диапазоне, можно заранее определить все соответствующие решения данного уравнения. Установлено, что при изменении параметра в диапазоне 0,1-0,5 значения Л находятся в интервале 0,902- 2,546, причем изменение Д носит нелинейный характер.

Таким же расчетным путем определяется значение параметра q (наименьший положительный корень частного уравне5 ния задачи о колебании вышек) при

заданном значении Ј Для этого необходимо решать следующее частотное уравнение, левая сторона которого является детерминантом четвертого порядка

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_э) на вышку по формуле P_э-[4φ(1+4λ)^2.M^.L^.Ω²]:Q⁴(1-Α)², 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_кр.N) на вышку по формуле P_кр.N=P_э:[1+P_э/E(N/F_QJINφ^.COS²φ+1/F_PTGφ)],кН, где E - модуль Юнга материала решетки выемки, кПа

F_G

F_P - площади поперечных сечений раскосов и распорки решетки, м²

N - количество раскосов решетки

φ - угол между раскосом и распорной решеткой определяемый по натурным измерениям, градус. Фактическую грузоподъемность вышки (P_ф) определяют по формуле P_ф=K^.P_кр.N, кН, где K - коэффициент запаса прочности. 2 табл.

Y0(ci -Y(q)

i.q i,(q

Y4() I4(qjff) -Ys(qVЈ) I3(qlff)

,W

где m 0,1,2,3 - цилиндрические

функции первого

(x)Р°Да

УП,; m 0,1,2,3 - цилиндрические

функции второго

С и,

0,1,2,3 - цилиндрические функции мнимого аргумента.

Поиск наименьшего нетривиального корня данного уравнения может быть

Mq) K,(q) Kj(qlff) K3(qtf7)

0

0

произведен методом проб. При этом значения вышеприведенных цилиндрических функций при различных значениях аргументов х q и х q fd находятся из соответствующих таблиц.

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

Такие расчеты выполнены на ЭВМ. Найдены наименьшие нетривиальные корни частотного уравнения для значений

5157

/в интервале 0,1-0,5, причем шаг изменения с/ принято йо( 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 и q для различных значений параметра конусности вышки о исключает необходимость соответствующих расчетов во время испытании.

и

Рэ

1 + -(n/Fg sinq cos2Lf + 1(Fp tgtf)

,

Е

определяется значение критической испытательной нагрузки Р и . Далее с учетом коэффициента запаса К вычисляется фактическая грузоподъемность вышки РА по формуле

Рф К PkfiH; кН,

причем К предварительно устанавливаеся предприятием-изготовителем.

Для проверки достоверности предлагаемого способа испытания буровых вышек проведена серия экспериментальных исследований с вариацией жест- костных 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 измерение частоты способных колебаний испытуемых конструкций для всех ступеней нагружения, в том числе и при отсутствии нагрузки. В табл. 1 приводятся необходимые исходные данные 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 1, Результаты экспериментальных исследований и расчетов приведены в табл. 2.

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

гэ KJJ

кри 1+Pa/E(n7F,sinV cos2 tf+ 1/Fptg4)

где Е

- модуль Юнга материала решетки вышки, кПа;

Далее способ реализуется следующим образом.

По формуле

4JT (1 + 4 Л 2 ) Ml u) 2 q 4 О )2

РЭ

кН,

вычисляется значение приведенной Эйлеровой нагрузки Рэ. С учетом значений Рэ, Е (модуль Юнга материала решетки вышки) n, Eg, Fp и с по формуле

Рэ

sinq cos2Lf + 1(Fp tgtf)

, кН

5

0

собом. Кроме того, предлагаемый способ значительно сокращает трудоемкость необходимых подготовительных , Q работ, может применяться практически на всех буровых площадках (на суши и в море), обеспечивает высокую без опасность 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 вышек в нефтегазопромысловых условиях.

Формула изобретения

Способ испытания буровых вышек в промысловых условиях неразрушающим динамическим методом, включающий возбуждение свободных поперечных колебаний конструкции вышки и регистрацию их частоты с последующим расчетным определением фактической грузоподъемности вышки, отличающийся тем, что, с целью уменьшения времени и трудоемкости работ,

5 повышения их безопасности и повышения точности опредепения фактической грузоподъемности вышки, предварительно определяют геометрические размеры элементов решетки вышки на уровне по-

0 ловины высоты ее конструкции, при этом вначале определяют критическую испытательную нагрузку на вышку из , выражения

5

0

F , Fp - площади поперечных сече ний раскосов и распорки

решетки, определяемые по натурным измерениям, м2 , количество раскосов решетки;

угол между раскосом и распоркой решетки, определяемый по натурным измерениям, град,- приведенная Эйлерова нагрузка на вышке,, определяемая по формуле

(1 + 4Д2) М 1ы2 q (1 -rf )2

кН,

г(де М - масса конструкции вышки, определяемая по паспорту, т;

м

Г

р

м

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

20,00005 0,000075 4 67 0,130414,5 14 0,3 1,562 ,1-10

Примечание: GJ- частота свободных колебаний испытуемых конструкций под действием статической нагрузки, равной 20 кН.

Таблица 2

1 - высота конструкции вышки,

определяемая по паспорту, м;

W - частота свободных поперечных колебаний вышки, Гц;

о - параметр конусности вышки $

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

q - наименьший нетривиальный положительный корень частотного уравнения задачи о колебании вышки,

и затем определяют фактическую грузоподъемность вышки Рф по формуле

Р К Р

Пр.И

кН,

где К - коэффициент запаса прочности.

Таблица 1

Е кПа