Диссертация (1173027), страница 15

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 15)

Радиальное напряжениеНормальное напряжение в радиальном направлении определяется поформулеσr (r) =Pi ri  Po ro22ro  ri22r rP P+( i 2o ) o2 i2 , ri  r  ro ,rro  ri22(3.73)100Вышеприведенное уравнение можно записать в упрощенной формеследующим образомσr (r) = M+ CΥ,(3.74)22M = Pi ri 2  Po2ro ,гдеro  ri2C=(а также2ri ro),r2Po  PiP,ro 2  ri 2 ro 2  ri 2где r ─ радиус трубы, м,ri ─ внутренний радиус трубы, м,ro─ наружный радиус трубы, м,Pi ─ внутреннее давление трубы, Па,Po ─ наружное давление трубы, Па,P   Po – Pi  .Наружный радиус трубы должен быть изменен в зависимости от классатрубы. Когда внутреннее и наружное давление одинаковое, тогда r   r   Pi   Po ,(3.75)3.2.31.

Касательное или окружное напряжениеНормальное напряжение в окружном направленииσh (r) =22Prri 2 ro 2 Po  Pii i  Po ror  r  ro() 22 , iro 2  ri 2r 2 ro  ri.(3.76)Если это выражается через М, С и Υ определено выше, тоσr (r) = M ─ CΥ.(3.77)Уравнение (3.77) называется уравнением Ламе. Для наружной и внутреннейповерхностей уравнение можно записать таким образом:Для внутренней поверхности при r = ri :222σhi = 2 Pi ri  2(ro 2 ri ) Po ,ro  ri(3.78)101для наружной поверхности при r = ro,222σhi =  2 Po ro 2 (ro 2  ri ) Pi .ro  ri(3.79)И когда внутренние и внешние давления одинаковы, то h1   h 2   Pi   Po ,(3.80)3.2.32. Осевое напряжение бурильной колонныОсевое напряжение колонны бурильных труб определяетсяa FT b , (ro 2  ri 2 ) buck(3.81)3.2.33.

Напряжение за счет потери устойчивости с кривизной стволаНапряжение изгиба можно рассчитать по следующему уравнению:b M b  OD2I,(3.82)где Mb ─ изгибающий момент = EIκ,I ─ осевой момент инерции,OD ─ наружный диаметр трубы,κ ─ коэффициент кривизны трубы.Можно переписать уравнение с использованием отношения изгибающегомомента:σb =E  OD,2R(3.83)где R ─ радиус кривизны (R = 1 / κ).Если предполагается, что кривизна ствола скважины и кривизна трубыодинаковы, тогда напряжение изгиба определяется следующим образом:σb =rEM68754.9,где Е ─ модуль упругости, Па,r ─ радиус кривизны трубы, м,κ ─ кривизна ствола скважины в град / 30м,(3.84)102M − коэффициент увеличения изгибающего напряжения,68754,9 − коэффициент перевода (= 12х100х180/π).Изгибные напряжения на наружном и внутреннем радиусах приведены ниже:σbi=ri EM68754.9,(3.85)σbo=ro EM68754.9.(3.86)σbuck= rRc Freal ,(3.87)Когда возникает изгиб, то2Iгде Freal ─ реальная сила, Н.Ниже приведены напряжения на изгиб при внешнем и внутреннем радиусах:на внутренней поверхности:σbucki= ri Rc Freal ;(3.88)σbucko= ro Rc Freal .(3.89)2Iна наружной поверхности:2I3.2.34.

Напряжение изгиба от кривизны ствола, кривизны трубы и силырастяженияЕсли нет контакта между трубой и стеной между ЗРС, и еслиrL,1 cosh( KL)  12 KL sinh( KL)(3.90)(sinh, cosh, tanh − гиперболические функции);тогдаκp= κKL,tanh(KL )(3.91)Если нет контакта между телом трубы и стенкой скважины, тогда1 rsinh( KL )  KL  (  2 ) KL[cosh(KL)  1]2 Lcκp= κ(KL),2[cosh(KL )  1]  KL sinh sinh( KL )где κp ─ кривизна трубы на ЗРС, рад / дюйм,(3.92)103κ ─ кривизна ствола скважины между ЗРС, рад / дюйм,L ─ половина расстояния между ЗРС (например, L = 180" для бурильных трубтипа 2 и L = 270" для бурильных труб типа 3), дюйм,K = F/EI , где F ─ растягивающая сила, приложенная к трубе, Н,EI = произведение модуля упругости и момента инерции, Н∙м2,Dotj  D p2r=,где Dotj ─ наружный диаметр ЗРС, м.3.2.35.

Напряжение сдвига при кручении бурильной колонныЕсли труба подвергается скручиванию, то напряжение сдвига крученияопределяется таким образомτtor= 12rT ,(3.93)Jгде J ─ полярный момент инерции, м4,Т ─ крутящий момент, Н∙м.Напряжение сдвига при кручении на внутренней и наружной стенкахопределяется по следующим формуламτtori= 12riT ,(3.94)τtoro= 12roT ,(3.95)Jа такжеJсоответственно.3.2.36. Поперечное напряжение сдвигаПоперечноенапряжениесдвига,действующееперпендикулярнокпродольной оси бурильной колонны, определяется формулойτs= 2 Fs ,Aгде FS ─ боковая сила нормальная сила реакции, Н,А ─ площадь поперечного сечения бурильной колонны, м2.Можно еще записать в следующем виде(3.96)104τsi= τso=2 F12  F22,A(3.97)где F1 ─ радиальная сила в вертикальной плоскости, Н,F2 ─ радиальное сила в горизонтальной плоскости, Н.3.2.37. Напряжение Мизеса при сломе бурильной трубыКритерий слома фон Мизеса, известный как максимальная энергия теорииформоизменения, определяется формулойσvm =1( r   h ) 2  ( h   a ) 2  ( a   r ) 2 ,2(3.98)где σr представляет собой радиальное напряжение, Па,σh ─ окружное напряжение, Па,σa ─ осевое напряжение, Па.Эквивалентное напряжение определяется следующим образом: vm 12( r   h ) 2  ( h   a ) 2  ( a   r ) 2  6( t2   r2   s2 ) ,(3.99)где  r  радиальное напряжение сдвига, как правило, равно нулю для труб, s  напряжение сдвига при кручении, t  поперечное напряжение сдвига.С использованием величин C и Υ уравнение выглядит так:σ2vm= 3C2Υ2 +(Fe  b )2 . (r  ri 2 )2o(3.100)3.2.38.

Соотношение напряжений бурильного инструментаСоотношение напряжений рассчитывается какX= y  %Yield, vm(3.101)где σy ─ предел текучести трубы, Па,% Yield ─ процент уменьшения предела текучести трубы как фактордополнительной безопасности.При X ≤ 1 возникает проблема слома или появления трещин.1053.2.40. Соотношение усталости бурильных труб и КНБКСоотношение усталости определяется следующим образом:FRF=|  b |  |  buck | fl,(3.102)где σb ─ напряжение изгиба, Па,σfl ─ предел выносливости (также предел усталости), Па,σbuck ─ напряжение на изгиб, Па.При натяжении предел усталости можно записать в следующем видеσfl = σel(1─Fe),Fy(3.103)где σel ─ предел усталости трубы, Па,Fy ─ предел текучести при натяжении, Па,Fe ─ эффективное натяжении, Н.Для сжатия предел усталости: σfl = σel.Осевые нагрузки могут сильно влиять на усталостные сломы БИ.Необходимая сила для создания напряжения предела текучести рассчитываетсяследующим образомFy= σy minAe,(3.104)где σy min ─ минимальная напряжение предела текучести трубы Па,Ae ─ эффективная площадь поперечного сечения, м2.3.2.40.

Крайне тяжелая нагрузка на клиньяxМаксимально допустимая статическая осевая нагрузка, которая можетподдерживаться клиньями, определяется следующим образомFmax=Fy2p2 D fAp2 D p2 fAp 21 2[]( D p  Di2 ) As ( D p2  Di2 ) As,где Fy ─ предел прочности трубы, Па,As ─ площадь контакта между трубой и клиньями, м2 (As = πDpLs),Ap ─ площадь поперечного сечения трубы, м2,106Dp ─ наружный диаметр трубы, м,Di ─ внутренний диаметр трубы, м,Ls ─ длина клиньев, м,f ─ коэффициент боковой нагрузки клиньев = (1─μtan a)/( μ + tan a),μ ─ коэффициент трения между клиньями и вкладышем под квадратныештанги,а ─ угол конусности клинья, град.Расчеты накопленной усталости бурильного инструмента3.2.41. Расчет накопленной усталости бурильных трубРезкое искривление бурильных труб определяется следующим образом:KL =TL,EI(3.105)где T ─ натяжение ниже резкого искривления, Н,Е ─ модуль упругости, Па,I ─ момент инерции, м4 или ( Do4  Di4 )I=,64co =c( KL ).tanh( KL )(3.106)Циклическое напряжение изгиба определяется таким образом:σx,c= Eco Do ,2(3.107)где Do ─ наружный диаметр трубы, м.Среднее напряжение определяется по формуле:σx,c=T,Ac(3.108)где ( Do2  Di2 )Ac=,4Поправочный коэффициент Содерберга определяется по формуле:(3.109)107FCS=YpY p   x ,m,(3.110)где Yp ─ предел текучести трубы, Па,σx,c ─ среднее напряжение на трубах, Па.СкорректированноециклическоенапряжениеспомощьюфактораСодерберга выглядит так:S = FC (σx,c ),(111)Число оборотов бурильной трубы в пробуренном интервале определяется поформуле:n = N  D , оборотов,ROP(3.112)где N ─ RPM,ΔD ─ пробуренная глубина, м,ROP ─ механическая скорость бурения, м/час.Кривая S─N (напряжение σ ─ число циклов до слома N) бурильной колонны вбольшинстве случаев соблюдает следующее уравнениеlog S = ─mlogN + c,(3.113)где c ─ постоянное значение,т ─ показатель степени в пределах от 0,0333 до 0,33.Накопленная усталость рассчитывается следующим образомFC =nN.(3.114)3.3.

Алгоритм мониторинга показателя усталостной прочности замковыхрезьбовых соединений бурильного инструмента в процессе буренияДанные станции ГТИ являются исходными для системы мониторингаусталостной прочности ЗРС БИ в процессе бурения (рисунок 4.1, блок I),обрабатывающей конструкцию элементов на основе МКЭ.

Характеристики

Список файлов диссертации