Способ испытания буровых вышек в промысловых условиях неразрушающим динамическим методом

СОЮЗ СОВЕТСКИХ,СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 7313 1)5 Е 21 В 15/ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ОРСК КА ожаз" ится к бурению испытаний буро вых условиях,повышение ние точнос и и повьппе- Фактической ение отно езопасн пределе а им но к способам ппек в промысл ью изобретени грузоподъемности вышки.Способ реализуется слразом. вых вь Целиим обвляетсямкости уменьбот, емени и тру ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Научно-исследовательский и проектный институт по освоению местор дений нефти и газа "Гилроморнефтег (72) Я,Э.Ахмедов, Б.М.Мамедови М.С Махмудов(56) Авторское свидетельство СССР У 354110, кл. Е 21 В 15/00, 1968.Авторское свидетельство СССР В 1244275, кл. Е 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 повьппение точности определения фактической грузоподъемности вышки. Для этого предварительно определяют геометрические размеры элементов решетки вьппки 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) коле 2бания вышки, которые записываются регистрирующим прибором, Определяют частоту ы свободных поперечных колебаний вышки и определяют приведенную Эйлерову нагрузку (Рз) на вышку по формуле Р, = 4 и (1+43) М 1 м 1:8 4 (1- с ) , кН, где М - масса конструкции вышки, определяемая по паспорту, т, 1 - высота конструкциитвышки, определяемая по паспорту, м; Ы - параметр конусности вьппки; Л- наименьший нетривиальный положитель.ный корень характеристического уравнения задачи об устойчивости конструкции выемки; 8 - наименьший нетривиальный положительный корень частотного уравнения задачи о колебании вышки. Затем определяют критическую испытательную нагрузку (Р) на , вышку по Формуле Р= Р : 1 + + Р /Е (и/Рзп соз 2 с + 1/Р 8(Ц, кН, где Е - модуль Юнга материала решетки выемки, кПа; Р, Г - площади поперечных сечений раскосов и распорки решетки, м; п - . количество раскосов решетки;- угол между раскосом и распорной решеткой, определяемый по натурным измерениям, град. Фактическую грузоподъемность вышки (Р) определяют по Формуле Р= КРр , кН, где К - коэффициент запаса прочности. 2 табл.сх) (х)1 иК, щ=0,11213 Непосредственным измерением определяются геометрические размеры поперечных сечений элементов решетки (раскосов и распорок) вышки и угол примыкания между ними ср на уровне половины высоты вышки. По измеренным геометрическим размерам путем расчета определяются значения площадей поперечных сечений этих элементов Р и Рг. По паспортным данным определяются значения. коэффициентов запаса К, количество раскосов решетки и, масса конструкции ш, высота конструкции 1 и отношение размеров сторон 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 пло 20дках устанавливаются сейсмоприемник , подключенные к регистрирующему прибору. Расслабляются все оттяжки вшки (а при их отсутствии закреп" 4 яется одна новая оттяжка) и путем удара по одной из них, расположенной ввертикальной плоскости приема сейсмоприемника, возбуждаются свободные поперечные (изгибные) колебания вьппки, которые записываются с помощью рЕгистрирующего прибора, Для достоверности полученных инАормаций рекоМендуется повторять процесс трех- кратно, По полученным записям (осциллограммам) определяется частота Ш свободных поперечных колебаний выш ии. В качестве расчетного значения Частоты свободных колебаний 4 приниМается средне-ариАметическое значеНие всех измерений, Обработка осциллограмм и определение частот свободщ - 0 1 2 3 - цилиндрическиеАункции первогорода,50ш = 0,1,2,3 - цилиндрическиефункции второгорода, - цилиндрическиеФункции мнимо 55го аргумента.Поиск наименьшего нетривиальногокорня данного уравнения может быть ных колебаний конструкции производится стандартными методами.Производимые измерения колебаний осуществляются сейсмоприемниками типа ВЭГИК, СМ-З, СМ, ВБП и светолучевыми осциллограАами типа Ни Н, Значение параметра Я (наименьшего отличного,от нуля положительного корня уравнения задачи об устойчивости конструкции вышек) при известном ос (параметре.конусности конструкции вьшпси - отношение размеров сторон верхнего и нижнего оснований - 0,2 для большинства вышек) определяется путем решения трансцендентного уравне ния методом проб. Решение данного уравнения методом проб легко реализуется с помощью микрокалькулятора или логарифмической линейки, Учитывая, что параметр а для реальных конструкций вьппек изменяется в небольшом диапазоне, можно заранее определить все соответствующие решения данного уравнения. Установлено, что при изменении параметра сс в диапазоне 0,1-0,5 значения Л находятся в интервале 0,902- 2,546, причем изменение Л носит нелинейный характер,Таким же расчетным путем определяется значение параметра Ч (наименыпнй положительный корень частного уравнения задачи о колебании вышек) .при заданном значении ос. Для этого необходимо решать следующее частотное уравнение, левая сторона которого является детерминантом четвертого по- рядка произведен методом проб. При этом значения вышеприведенных цилиндрических функций при различных значениях аргументов х = Ч и х = Ч Я находятся из соответствующих таблиц.Значения наименьшего корня частотного уравнения Ч для различных значений параметра , также заранее, раз и навсегда, могут быть установлены.Такие расчеты выполнены на ЭВМ, Найдены наименьшие нетривиальные корни частотного уравнения для значений3133 6Далее способ реализуется следующимобразом,По формуле РзкР и Рэ- кН1 + - э(п/Гд зп Ф соз 2 4 + 1 (Гр Сд)Е определяется значение критическои испытательной нагрузки Р , Далее с учетом коэффициента запаса К вычисляется фактическая грузоподъемность вьппки Рф по формулеРф = КРрю кНю причем К предварительно устанавливается 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 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 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 = 1. Результаты экспериментальных исследований и расчетов приведены в табл. 2. 50Как видно из таблицы, предлагаемый способ обеспечивает высокую точность по сравнению с известным спо 45 Рэ Р и 1+Р /Е(п/Г здп у соз 2- модуль Юнга материала решетки вышки, кПа;р+ 1/Г,суй)кН,где Е 5 157 п в интервале 0,1-0,5, причем шаг йз: менения ю( принято до= 0,05. Полученные значения корня частотного уравнения ц находятся в интервале 3,242-, 4,193 (для большинства вышек 3,362),Следовательно, наличие табулированных значений параметров Л и о для различных значений параметра конус- ности вышки о(исключает необходимость соответствующих расчетов во время испытании. 47/ (1 + 4 Л 2) М 1 сс(1 / )2кНф вычисляется значение приведенной Зйлеровой нагрузки Р 9. С учетом значений Рэ, Е (модуль Юнга материаларешетки вьппки) и, Ея, Гр ипо формуле 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 впромысловых условиях неразрушающим динамическим методом, включающий возбужцение свободных поперечных колебаний конструкции вышки и регистрацию их частоты с последующим расчетным определением фактической грузоподъемности вышки, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью уменьшения времени и трудоемкости работ, повышения их безопасности и повышения точности определения фактической грузоподъемности вьппки, предварительно определяют геометрические размеры элементов решетки вышки на уровне половины высоты ее конструкции, при этом вначале определяют критическую испытательную нагрузку на вышку из выражения Г, Г - площади поперечных сече ний раскосов и распорки1573133 1 - высота конструкции вышки,определяемая по паспорту, м;Ы - частота свободных поперечныхколебаний вышки, Гц,Ы - параметр конусности вышкиМ - наименьший нетривиальный положительный корень характеристического уравнения задачи о колебании вышкиви - наименьший нетривиальный положительный корень частотного уравнения задачи о колебании вышки,15 и затем определяют фактическую грузоподъемность вьппки Рф по формулеф крив кНвгде К - коэффициент запаса прочности,Таблица 1 решетки, определяемые понатурным измерениям, м;количество раскосов решетки;угол между раскосом ираспоркой решетки, определяемый по натурнымизмерениям, град;приведенная Эйлерова 10нагрузка на вьппке определяемая по Формуле и 4 Тп (1 + 4) М 1 ы Р, - - -- , .н, где М - масса конструкции вьппки, определяемая по паспорту, т,1 п Ч М град. Т 1 ы, дс Ь с 1 ЕкПа Мо- . Р 1, вдель м Р р м 1 0,000064 0,00023 4 68 0,16 6 9 в 4-: 8 0,22 1,299 3,403 2, 110 ф 2 0,00005 0,000075 4 67 О, 130 4 14,5 . 14 0,3 1,562 3,549 2, 1 10 ф П р и,м е ч а н и е: у, - частота свободных колебаний испытуемых конструкций под действием статической нагрузки, равной20 кН. Таблица 2 спытательная нагрузка,Критиче Модел Погрешность, 7. Известныйспо соб редлагаемый способ-59,6 +2,4 +37,2 +5,6 72,54 183,7295,08 227 в 0 179,215 Составитель Т.НикитенкоТехред М.Ходанич Редактор ректор Н.Король ербе Тираж 469твенного комитета по изобр 113035, Москва, Ж, Рауш Подписное Заказ ВНИИПИ ениям и открытия кая наб.в д. 4/5 суд ри ГКНТ ССС Производственно-издательский комбинат "Патент"в г.ужгород, ул. Гагарина,101