Диссертация (1173027), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Такие моменты неотражаются в методике циркуляции.- МУП позволяет для каждой бурильной трубы рассчитать и регистрироватьисторию эксплуатации на основе электронного паспорта и данных станции ГТИ иННБ:- на начальном этапе результаты МУП отражаются в виде ежесекундныхзаписей с указанием местоположения трубы и происшедших усилий (дляисследовательских целей);- в конечном итоге, результаты МУП будут представлены в виде показателяМУП (остаточный ресурс) для каждой трубы БИ.4.1.5.
Точность показателя МУПТочность показателя МУП зависит от двух факторов:1. Насколько постоянные исходные воздействующие нагрузки вводятся вПП МУП,2. Достаточно ли вводимых в ПП МУП видов повреждающих нагрузок дляопределения усталостной прочности БИ .Для решения этих вопросов рекомендуется подтверждать математическиемодели, описывающие состояние забойных нагрузок забойными датчиками,124наддолотным переводником или другими датчиками, устанавленными нателеметрические системы или каротажные приборы.Насколько точные и корректные матрицы 32х32 формируются, настолько дляпостроения этой матрицы необходимо пренебречь некоторыми особенностямиконструкции ЗРС (например, спиральностью резьбы) и свести все трехмерныеэффекты на двухмерную среду.Для решения второго вопроса, необходимо скорректировать значениенапряжений на основе лабораторных испытаний заводов-изготовителей илинезависимых стендов, чтобы результаты стали ближе к реальности.Отличие ЗРС по сравнению с другими конструкциями заключается в том, чтопри длительной эксплуатации ЗРС не только усталостные повреждения иостаточные напряжения накапливаются в местах концентрации напряжения,также сокращается высота вершины резьб.
Для корректного моделированияследует обновлять конструкцию ЗРС.4.2. Расследование причины слома ЗРС переливного клапана на скважинеАлкинского месторожденияНа стадии проектирования закладывается качество БИ и наиболеенагруженной её части – КНБК. Анализ работы КНБК показывает, чтонаибольшие нагрузки испытывает ЗРС, где и происходит слом. Поэтомуцелесообразно вести мониторинг усталостной прочности резьбовых соединенийэлементовКНБК:немагнитнойутяжеленнойбурильнойтрубы(НУБТ),присоединительных переводников, переливного клапана, обратного клапана, яса,телеметрической системы (ТС), осциллятора, предназначенных для работы восложненных условиях.
Разрушение элементов КНБК при строительственаклонно-направленных и горизонтальных скважин с отдаленным забоем,особенно малого диаметра, достигает 40% от всех видов аварий в процессебурения и крепления скважин: как правило, слом по ниппелю переводников,резьбовым соединениям телеметрических систем и забойных двигателей [19-23,39, 40].Кратное увеличение времени непрерывного бурения в связи с повсеместным125переходом от шарошечных к долотам режуще-истирающего действия затруднилоили сделало невозможным мониторинг усталостной прочности ЗРС элементовКНБК (дефектоскопия, визуальный осмотр, контроль наработки по времени) дляснижения рисков разрушения конструкции. При многократном циклическомвоздействии осевых усилий, крутящих моментов и давлений на КНБК в процессебурения происходит усталостный износ её элементов с последующим сломом вовремя или после воздействия максимальных сил.Одним из эффективных методов изучения сложных систем, в том числеисследования снижения усталостной прочности ЗРС каждого элемента КНБК,являетсякомпьютерноеичисленноемоделированиесприменениемпрограммного продукта Rhinoceros-5 [146], используемого для трехмерногоNURBS моделирования в промышленном дизайне, архитектуре, корабельномпроектировании, автомобильном дизайне, в CAD/CAM проектировании, быстромпрототипировании, реверсивной разработке и графическом дизайне.Адекватность модели проверили на реальном событии – сломе клапанапереливного КП106-С в составе КНБК при эксплуатации с предельнодопустимыми параметрами (осевые растягивающие нагрузки, крутящие моментыи давление промывочной жидкости).
Во время прихвата КНБК кратковременныймаксимальный крутящий момент, действующий на переливной клапан на глубине2110 м, достиг 16 кНм и переливной клапан сломался. После аварии колоннойбурильных труб СБТ-73 с резьбой З-86 подняли верхний переводник с навернутоймуфтовой частью корпуса переливного клапана на ниппель с резьбойметрической конической МК90×6×1:16. Для подтверждения причины сломапостроили схему клапана, модель ввели в программу ANSYS 15.0.7 и рассмотрелираспределение напряжений по телу трубы и резьбе переливного клапана,состоящего из переводника и корпуса, соединенных посредством резьбы МК90×6×1:16. В модель добавлены одно замковое соединение З-86 с обратнымклапаном внизу (рисунок 4.6, справа) и одно замковое соединение З-86 с забойнойтелеметрической системой вверху (рисунок 4.6, слева).126Рисунок 4.6 ─ Схема клапана переливного в КНБКМетодомконечныхэлементов(численнымметодомрешениядифференциальных уравнений с частными производными и интегральныхуравнений,описывающихпроцессыприкладнойфизики,механикидеформируемого твёрдого тела, теплообмена, гидродинамики и электродинамики)в программных продуктах Rhinoceros-5 и ANSYS 15.0.7 построили трёхмернуюсхему конструкции переливного клапана с учетом типов резьбы.
Для повышенияточности расчетов на исследуемую конструкцию корпуса клапана нанеслиполигональную сетку из ячеек с максимальным размером 2 мм, равным 1/3 шагарезьбы (рисунок 4.7, а).Принимаются исходные статические структурные параметры:- фиксация поверхности (нижний торец обратного клапана КО-95 выбираемкак фиксированную поверхность);- величина крутящего момента и поверхность его действия (максимальныйкрутящий момент, действующий на переливной клапан, составил 16 кНм);- величина растягивающих сил и поверхность их действия. Для определениявеличины растягивающей силы на переливной клапан вычитаем от измеренногостанцией ГТИ веса на крюке вес вышерасположенной колонны и силу трения.
Вовремя прихвата растягивающая сила составляла 44 т, что соответствует 6 т,приложенным к торцу переливного клапана. При освобождении от прихватаотмечено нулевое значение веса на крюке – клапан испытал сжимающуюнагрузку 30 т;127- величина избыточного давления и поверхность его действия. В программувводится значение давления как разница давлений на выходе в желоб и на стояке172 атм, действующее на внутреннюю поверхность всех элементов этой модели.В результате моделирования выявили зону максимальной усталости металла(рисунок 4.7).
Для примера сравним срок службы металла на последней ниткерезьбы муфтового соединения 1 (рисунок 4.7б) и уступа (рисунок 4.7а) послепоследней резьбы на теле корпуса в МК-90×6×1:16 (рисунок 4.7, а) с тем жеместом в резьбовом соединении З-86 (рисунок 4.8). Срок службы зоны 2 врезьбовом соединении МК-90×6×1:16 по сравнению с тем же местом резьбовогосоединения З-86 в 25 раз короче.(а)(б)Рисунок 4.7 ─ Распределение в различных точках: а) полигональных сетокв уступе, б) срока службы металла клапанаДо момента слома клапана произошло два прихвата КНБК, дляосвобождения которой создавались большие, но не превышающие допускаемые,растягивающие силы и крутящие моменты. При освобождении КНБК отмечено128примерно 10 скачков веса на крюке за 30 мин., и столько же скачков снижениявеса на крюке до нуля.
Из рисунка 4.7б видно, что самой слабой частью КНБКявляется уступ после резьбы МК-90×6×1:16 муфты корпуса клапана.Рисунок 4.8 ─ Распределение срока службы металла в различных точкахУсталость металла возросла из-за больших нагрузок в зонах 1 и 2переливного клапана (рисунок 4.7б), он потерял прочность и разрушился в видепоперечного слома резьбовой муфтовой части детали (рисунок 4.8), чтодоказывает адекватность моделирования разрушения конструкции компоновкиниза бурильной колонны.4.3. Исследованине причины слома предохранительного переводникаВ контактах на строительство скважин в связи с распределением доходамежду подрядчиком и субподрядчиками, в том числе сервисными компаниями,снижением затрат, зачастую заложено использование дешевых и соответственнонекачественных видов оборудования и элементов КНБК.
Этот факт иногдавызывает аварии, из-за которых буровой подрядчик несет существенные убытки.Для предотвращения таких случаев следует не только обязательно проверятьэлементы КНБК перед спуском на забой, требуется тщательнее контролироватьжизненный цикл каждого элемента, включающий не только время наработки, но ифакты приложения высоких, но не превышающих критических нагрузок.129Компьютерное моделирование позволяет прогнозировать допустимое времяэксплуатации элемента с учетом максимальных крутящего момента, сжимающейи растягивающей нагрузки и внутреннего избыточного давления.При обычном режиме бурения произошёл слом предохранительногопереводника Нз-86×Нз-86 немагнитной утяжеленной бурильной трубы (НУБТ) вниппельной части, т.е. месте соединения с муфтой НУБТ.
В виду отсутствияобъективных причин слома предохранительного переводника из-за превышениянагрузок исследовали снижение его усталостной прочности ЗРС методомкомпьютерного и численного моделирования. Метод конечных элементов (МКЭ)является мощным, надежным и современным средством исследования поведенияконструкций в условиях разнообразных воздействий. Программа ANSYS спомощью МКЭ позволила рассчитать статическое и динамическое напряженнодеформированное состояние конструкций, в том числе геометрические ифизические нелинейные задачи механики деформируемого твердого тела, чторешило поставленную инженерную задачу в рамках строительно-техническойэкспертизы по факту слома предохранительного переводника [40-42].На рисунке 4.9 приведена схема компоновки низа бурильной колонны вокругсломанного предохранительного переводника НЗ-86×НЗ-86.Рисунок 4.9 ─ Схема компоновки низа бурильной колонныДля исследования в первую очередь определили значение максимальногокрутящего момента, сжимающей и растягивающей силы и внутреннегоизбыточного давления.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
