Диссертация (1173027), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Полученное значение переменного напряжения можноиспользовать на диаграмме напряжения напротив числа циклов до разрушения (SN), где соотношение напряжение равно -1.75Рисунок 2.18 – Распределение точек на диаграмме ГудманаЗнаяпеременноенапряжение,среднеенапряжениеипредельноерастягивающее напряжение (σu), уравнение и график Гудмана используются длянахождения эффективного переменного напряжения (σeff на рисунке 2.19):Рисунок 2.19 − Корректировка среднего напряжения при усталости поподходу ГудманаДиаграмма Гудмана не всегда дает точный результат.
Альтернативой этогоподхода является параболическая диаграмма Гербера и диаграмма Содерберга, в76которых предел текучести вместо предельного растягивающего напряженияиспользуется для определения второй точки на диаграмме.2.6. Основные результаты и выводы1- Разработан показатель мониторинга усталостной прочности ЗРС (МУП) сцелью оценки остаточного ресурса и уровня риска слома ЗРС БИ. МУПопределяет начальный и текущий ресурс ЗРС с использованием метода конечныхэлементов (МКЭ) и на основе испытываемыx циклических нагрузок в реальномвремени на ЗРС БИ.2- Наиболее сложной задачей анализа напряженного состояния механическойконструкции методом конечных элементов является создание адекватной модели,отвечающей реальным условиям нагружения конструкции ЗРС во времяэксплуатации, приложения крутящего момента свинчивания, растяжения, изгибаи кручения; определения коэффициентов для отдельных элементов ЗРС (виткарезьбы, участка упорного торца и т.д.).3- Для изучения закономерности зарождения и роста трещин при разрушениитвердых тел проводится исследование усталости на основе деформации илинапряжения.
Для многоцикловой усталости исследование на основе напряженияподходт и для малоцикловой усталости исследование на основе деформации. Тоесть, повреждения от крутильных, осевых и изгибающих переменных нагрузок вЗРС при взаимодействии горных пород и долота, и БИ входит в областьмногоцикловой усталости исследуются на основе напряжения и повреждения вЗРС во время расхаживания для освобождения прихваченной БИ входит в областьмалоцикловой усталости исследуются на основе деформации.77ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРОННОГО ПАСПОРТА МОНИТОРИНГАУСТАЛОСТНОЙ ПРОЧНОСТИ ЗАМКОВЫХ РЕЗЬБОВЫХСОЕДИНЕНИЙ БУРИЛЬНОГО ИНСТРУМЕНТАДанные ГТИ, особенно полученные из цифровых датчиков, являютсяпредпосылкой описания механического взаимодействия с БТ посредствоммониторинга напряженного состояния БИ. Для разработки алгоритма и на егооснове программного продукта, позволяющего по данным ГТИ исследоватькаждый элемент БИ с оценкой риска слома инструмента при экстремальныхнагрузках в процессе бурения необходимо подробно изучить механическоевзаимодействие ствола скважин с БИ.
Если на диаграммах станции ГТИнаблюдаются высокие крутящие моменты и знакопеременные осевые нагрузки, топри наличии повреждений (микротрещин) от воздействия во время предыдущихопераций на ЗРС происходит слом, хотя не было превышения допустимыхнагрузок. ЗРС работают в сложных эксплуатационных условиях широкогоспектра статических и циклических нагрузок, количественная оценка которыхявляется весьма сложной в силу разнообразия условий эксплуатации.3.1. Состав электронного паспортаРазработанный программный продукт на основе мониторинга усталостнойпрочности снимает противоречие отсутствия визуального осмотра ЗРС БИ прибурении под эксплуатационную колонну минимальным числом долблений иконтролем состояния бурильного инструмента в процессе бурения. Электронныйпаспорт мониторинга усталостной прочности ЗРС БИ фиксирует испытываемыенагрузки в реальном времени. В таблице 3.1 представлены характеристикивоздействующих нагрузок на БИ.В электронном паспорте приведены:тип резьбового соединения, каждый элемент для соединения с БИ имеет дваЗРС (кроме долота);78глубина, м − для точного определения которой необходимо отслеживатьместоположение долота в реальном времени с учетом изменения длины БИ из-заосевой нагрузки, давления, потери устойчивости и температуры;осевая нагрузка, т, и крутящий момент, кНм − для прогнозированияскручивающих и осевых нагрузок на основе разработанной математическоймодели, учитывающей вес на крюке, нагрузку на долото, траекторию стволаскважины,плотностьраствора,фактортренияивидоперации.Автоматизированный алгоритм распознавания вида операции (бурение ротором,слайдирование, расширка ствола, циркуляция без вращения, циркуляция свращением, проработка, обратная проработка, спуск, подъем, промывка) наоснове данных станции ГТИ позволяет учесть особенности расчета каждойоперации.
Фактор трения регулярно корректируется на основе данных карты веса,измеряемых бурильщиком с помощью датчиков станции ГТИ;давление в трубе, атм − давление насоса и гидростатическое давлениебурового раствора внутри БИ;давление за трубой, атм − гидростатическое давление бурового раствора, взатрубном пространстве;критерий H − в процессе эксплуатации бурильных труб необходимопостоянно контролировать износ ЗРС путём замера расстояния между опорнымиторцами ниппеля и муфты.
Практика показывает, что основной причиной,приводящей к потере работоспособности ЗРС, является изношенная резьбаниппеля и муфты в результате многократного свинчивания БТ при СПО набуровой. Средний статистический ресурс ЗРС в промысловых условиях внесколько раз ниже, чем наработка на стенде, имитирующем процесссвинчивания на буровой установке (БУ). Дальнейшие исследования ресурса ЗРС вреальных производственных условиях подтвердили необходимость учета влияниямногократного свинчивания на изменение геометрических параметров и формпрофиля резьбы [73, 77];79момент свинчивания, кНм − для определения предварительной затяжкирезьбы в каждом ЗРС необходимо знать момент свинчивания при каждомнаращивании. Допустимый момент выбирается в зависимости от типа ЗРС истепени его износа.
Выбор оптимального крутящего момента свинчивания,учитывающего конструктивные параметры и многие технологические факторы,изменяющиеся в процессе эксплуатации, является одним из основных аспектовобеспечения работоспособности и повышении эксплуатационных характеристикЗРС [8, 9,10];изгибающий момент за счет искривления траектории, кНм − привзаимодействии БИ со стенкой наклонно-направленной скважины, создающемизгибающий момент, БИ принимает форму траектории ствола скважины. Взависимости от точечной кривизны траектории в пространстве величинаизгибающего момента меняется;изгибающий момент за счет потери устойчивости, кНм − последостижения предельной сжимающей осевой нагрузки БИ принимает спиральнуюформу и ЗРС испытывает дополнительный изгибающий момент;группа прочности, предел прочности и предел текучести стали, МПа ─завод- изготовитель каждого элемента БИ в паспорте инструмента указываетпрочностные характеристики;предел выносливости, МПа − представляет собой минимальное напряжениеили совокупность циклического напряжения, при котором материал можетподвергатьсянеограниченномуколичествуциклическихнапряжений,невызывающих трещины или повреждения;эквивалентное напряжение в зоне концентрации, МПа − необходимосуммировать все воздействующие нагрузки, в зоне концентрации напряжения (т.е.резкого изменения геометрии) с помощью аналитических и численных методов;начальный показатель МУП, % − ресурс ЗРС БИ при поступлении вэксплуатацию;текущий показатель МУП, % − ресурс ЗРС БИ в реальном времени;80Таблица 3.1 ─ Электронный паспорт мониторинга ЗРС БИ№11.2.Параметры2Тип ЗРСГлубина ЗРС, м3.Осевая нагрузка, кН4.Крутящий момент,кНмДавление в трубе, атм5.6.7.8.9.10.11.12.13.14.15.16.17.Давление за трубой,атмКритерий HМомент свинчивания,кНмИзгиб за счетискривленияИзгиб за счет потериустойчивостиГруппа прочностиПредел прочности,МПаПредел текучести,МПаПредел выносливости,МПаЭквивалентноенапряжение в зонеконцентрации, МПаНачальный МУП, %Текущий МУП, %ЗРС №13З-102Ежесекундно(датчик)Ежесекундно(датчик)Ежесекундно(датчик)Ежесекундно(датчик)Ежесекундно(датчик)Измеряется прикаждомсвинчиванииПосле каждогосвинчиванияРасчетыЗРС №24М-102Ежесекундно(датчик)Ежесекундно(датчик)Ежесекундно(датчик)Ежесекундно(датчик)Ежесекундно(датчик)Измеряется прикаждомсвинчиванииПосле каждогосвинчиванияРасчетыРасчетыРасчетыВ паспорте БИВ паспорте БИВ паспорте БИВ паспорте БИВ паспорте БИВ паспорте БИРезультатыэкспериментаРасчетыРезультатыэкспериментаРасчеты0-1000-1000-1000-100Электронный паспорт учета работы БИ фиксирует в автоматическом режимеисторию воздействия нагрузок на каждый инструмент и соответственноопределяет напряжения и остаточный ресурс как меру риска слома ЗРС БИ(таблица 3.1).813.2.
Математическое обеспечение параметров электронного паспортаВ этом разделе приведены основные формулы для расчета механическихнагрузок на БТ: плавучесть или сила Архимеда, вес БИ, осевая нагрузка и т.д. [32,65, 66, 67, 68, 97, 98, 99, 100, 137].Объемы бурильного инструмента и жидкости в скважине3.2.1. Объем жидкости в скважинеВнутренний объем каждого метра БТ:Ci Ai = 0,7854×Di2,(3.1)где Ai ─ площадь поперечного сечения внутри трубы, м2,Di ─ внутренний диаметр трубы, м.Объем внутри трубыV Ci L ,(3.2)где L ─ длина трубы, м.Объем каждого метра кольцевого пространства, где находится БТ:Co Aо ,(3.3)где Ao, ─ площадь поперечного сечения кольцевого пространства, м2:Ao 0,7854 ( Dh2 – Do2 ) ,(3.4)где Do ─ наружный диаметр трубы, м,Dh ─ диаметр скважины или внутренний диаметр обсадной колонныгде находится БТ, м.Объем кольцевого пространства, м3:V Co L .(3.5)3.2.2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
