- Đối với cột ống trung gian: tắnh toán sơ bộ cột ống theo hệ số bền đứt ( n 1)
7.2.1.2. Kiểm toán cần khoan trong quá trình khoan
Trong quá trình khoan, cột cần khoan phải chịu các tải trọng bao gồm: kéo, nén, uốn và xoắn. Trong đó tồn tại hai tiết diện nguy hiểm nhất đó là phần trên cùng của cột cần và phần dưới cùng cột cần.
Kiểm toán độ bền phần trên của cần khoan
Vì cột cần khoan được thiết kế không để chịu nén, có nghĩa là nó luôn chịu tải trọng kéo, ngoài ra do cột cần khoan quay trong quá trình choòng phá đá, nên nó đồng thời chịu cả tải trọng xoắn.
Phần trên của cột cần khoan được gọi là đảm bảo bền khi thoả mãn điều kiện:
K = 1,4 trong đó:
σc = 10500 KG/ cm2 ;
: Ứng suất tương đương, ứng suất này được tắnh theo công thức:
=
+σk: Ứng suất kéo tại phần trên cột cần. Ứng suất này được tắnh theo công thức: σk =
Qk: Trọng lượng cột cần khoan tác dụng lên móc nâng khi khoan. Qk được tắnh theo công thức:
Qk = [Qđ + (L - lđ).q - Gc].(1- ) ta có các thông số:
- Qđ: Trọng lượng bộ dụng cụ đáy, Qđ = 32,515 T; - L: Chiều dài cột cần khoan, L = 3411 m;
- lđ: Chiều dài bộ dụng cụ đáy, lđ = 337 m;
- q: Trọng lượng 1 m cần khoan, q = 30 kG/m = 0,03 T/m; - γd: Trọng lượng riêng của dung dịch khoan, γd = 1,16 T/m3; - γ: Trọng lượng riêng của thép chế tạo cần khoan, γ = 7,85 - Gc: Tải trọng đáy, Gc = 18 T
thay các thông số trên vào công thức ta tắnh được:
Qk = [32,515 + (3411 - 337).0,03- 18].(1 - ) = 91 T
Tiết diện ngang của cần khoan: F = 36,76 cm2 Thay các giá trị Qk và F vào công thức ta được:
= = 2,4755 T/ cm2= 2475,5 Kg/cm2
+ τ = : Ứng suất xoắn tác dụng lên phần trên của cột cần khoan;
wx: Mô men chống xoắn của cần khoan: Wx = = = 199,54 cm3
Mx: Mô men xoắn; Mx được tắnh theo công thức:
Mx = 7162
n: Tốc độ quay của động cơ, n = 40 v/p; Nkt: Công suất để quay cột cần không tải: Nkt = C.γd.D2.n1,7.L
C: Hệ số phụ thuộc vào độ cong của giếng, C = 47,5.10-5;
D: Đường kắnh ngoài của cần khoan, D = 0,127m.
L: Chiều dài cột cần, L = 3411m. thay các thông số vào công thức ta được:
Nkt = 47,5.10-5. 1,16. 0,1272. 401,7. 3411 = 16 kW Nc: Công suất tiêu thụ ở choòng,
Nc = 34,2.10-4.K.Gc.Dc.n
K: Hệ số phụ thuộc vào độ mài mòn của choòng, K = 0,2; Gc: Tải trọng đáy, Gc = 18000 kG;
Dc: Đường kắnh choòng khoan, Dc = 0,1651 m. thay các thống số vào công thức ta được:
Nc = 34,2.10-4. 0,2. 18000. 0,1651. 40 = 81,31 kW Vậy ta tắnh được mô men xoắn
Mx = 71620 = 174233,55 KG.cm thay Mx và wx vào công thức ta được:
τ = = 873,2 KG/cm2
thay các giá trị τ và σk vào công thức ta có: = = 3029,5 kG/cm2
thay các giá trị σΣ và σc vào công thức ta được:
K = = 3,46 > 1,4
Vậy phần trên của cột cần khoan đảm bảo bền.
Kiểm toán độ bền phần dưới cột cần
Trong quá trình khoan, tiết diện nguy hiểm của cần khoan tại phần dưới cột cần nằm ngay sát với bộ dụng cụ đáy. Tại tiết diện này, cần khoan chịu tải trọng uốn và tải trọng xoắn. Sau đây ta đi kiểm toán bền cho cần khoan tại tiết diện này: Hệ số dự trữ phần dưới của cột cần khoan được tắnh theo công thức sau:
K = 1,4
Với ứng suất tổng cộng xuất hiện ở phần dưới cùng của cột cần khoan
=
= 2000 trong đó:
+ f: Độ võng cung uốn, f được tắnh theo công thức: f = (7.14)
Dlk: Đường kắnh lỗ khoan, Dlk = M.Dc = 1,05. 165,1 = 173,4 mm; D: Đường kắnh ngoài của cần khoan, D = 127 mm;
Vậy ta có: f = = 31,87mm
+ I: Mô men quán tắnh của tiết diện cần khoan, I được tắnh theo công thức:
I = (D4 Ờ d4)
Thay D = 12,7cm và d = 10,7cm vào công thức trên ta được:
I = (12,74 Ờ 10,74) = 633,6 cm4
+l: Độ dài của nửa cung uốn, độ dài này được tắnh theo công thức: l = (7.15)
trong đó:
Z: Khoảng cách từ điểm trung hoà đến tiết diện tắnh toán, Vì phần dưới cột cần khoan có lắp cần nặng nên ta có Z = 0;
: Vận tốc góc, = = = 4,19 rad/s
q': Trọng lượng 1 cm cần khoan, q' = 0,3 kG/cm. Thay các thông số tìm được vào công thức:
l = = 22,15cm
wu: Mô men chống uốn, wu được xác định theo công thức: Wu = = = 99,77 cm3
Thay các giá trị f, I, l và wu vào công thức tắnh toán ứng suất uốn tại phần dưới của cần khoan ta được:
= 2000 = 82,5 kG/cm2
- Ứng suất xoắn tác dụng lên phần trên của cột cần khoan, τ được tắnh theo công thức:
τ = Wx = 199,54 cm3
Mx = 7162 (7.17) n: Tốc độ quay của động cơ, n = 40 v/p; Nkt: Công suất để quay cột cần không tải:
Nkt = C.γd.D2.n1,7.L (7.18)
C: Hệ số phụ thuộc vào độ cong của giếng, C = 47,5.10-5;
γd: Trọng lượng riêng của dung dịch khoan, γd = 1,16 T/m3
D: Đường kắnh ngoài của cần khoan, D = 0,127m.
L: Chiều dài cần khoan từ choòng đến tiết diện tắnh toán, L = 337 m
thay các thông số vào công thức ta được:
Nkt = 47,5.10-5. 1,16. 0,1272. 401,7. 3411 = 1,58 kW Nc: Công suất tiêu thụ ở choòng,
Nc = 34,2.10-4.K.Gc.Dc.n
K: Hệ số phụ thuộc vào độ mài mòn của choòng, K = 0,2; Gc: Tải trọng đáy, Gc = 18000 kG;
Dc: Đường kắnh choòng khoan, Dc = 0,1651 m. thay các thống số vào công thức ta được:
Nc = 34,2.10-4. 0,2. 18000. 0,1651. 40 = 81,31 kW Vậy ta tắnh được mô men xoắn theo (7.16)
Mx = 71620 = 148414,5 KG.cm thay Mx và wx vào công thức ta được:
τ = = 743,78 KG/cm2
- Ứng suất tương đương tác dụng lên phần dưới cần khoan được tắnh theo công thức:
=
thay các giá trị τ và σk vào công thức ta có: = = 1490 kG/cm2
thay các giá trị σΣ và σc vào công thức ta được:
K = = 7,05 > 1,4
Vậy phần dưới của cần khoan đảm bảo bền trong quá trình thi công giếng khoan. Kiểm toán tương tự cho các khoảng khoan khác, đảm bảo bền.