Congratulation from Internet Conference!
Hello
РОЗВИТОК СУЧАСНИХ МЕТОДІВ ПРОЕКТУВАННЯ ДЛЯ ДОСЛІДЖЕННЯ КОНСТРУКТИВНИХ ЧИННИКІВ РІЗЬБОВИХ З’ЄДНАНЬ НКТ
18.10.2023 14:50
[3. Technical sciences]
Author: Василишин Віталій Ярославович, кандидат технічних наук, доцент, Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу, м.Івано-Франківськ; Василишин Юлія, студент інституту інженерної механіки та робототехніки, Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу, м. Івано-Франківськ
Для буріння та експлуатації нафтових і газових свердловин використовуються бурильні, обсадні і насосно-компресорні колони, які складаються з окремих труб, з’єднаних між собою за допомогою різьбових з’єднань.
Бурильна колона – це зв’язувальна ланка між буровим обладнанням, розміщеним на поверхні, і породоруйнуючим інструментом. Вона складається з ведучої труби, бурильних труб, обважнених бурильних труб, замків, перевідників і з’єднуючих муфт.
Умови роботи бурильної колони перш за все залежать від способу буріння, профілю і конструкції свердловини, а також від гірничо-геологічних умов району, де ведеться буріння. При бурінні свердловин роторним способом на колону бурильних труб діють різноманітні навантаження, які визначають її складний напружений стан.
Основними навантаженнями, що визначають довговічність елементів бурильної колони, є :
- осьовий розтяг від власної ваги колони;
- стиск в нижній частині колони, що виникає при створенні навантаження на долото за рахунок ваги обважнених бурильних труб;
- розтяг в ніпелі замкового з’єднання від величини крутного моменту згвинчування;
- крутний момент, необхідний для обертання колони і долота;
- знакозмінний згинаючий момент, що виникає при роботі колони на викривлених ділянках свердловини, від повздовжнього згину та стиску і під дією відцентрових сил;
- динамічні навантаження при проведенні спуско-підіймальних операцій;
- додаткові розтягуючі навантаження при прокачуванні промивної рідини;
- змінний крутний момент від нестійкої роботи долота на вибої;
- динамічні навантаження, що виникають внаслідок вібрації колони від роботи долота і пульсації бурового розчину.
Значення статичних осьових сил розтягу і стиску в результаті поздовжніх коливань в колоні змінюються не тільки за величиною , а й за знаком.
Особливу небезпеку з точки зору руйнування елементів бурильної колони створюють змінні напруження, які спричинюють розвиток втомних процесів.
Аналіз стендових і промислових досліджень показав, що втомні пошкодження бурильних труб відбуваються або по різьбі, або по гладкому тілу труби. Сумарна доля аварійних відмов бурильних колон в загальному балансі аварій при бурінні свердловин складає майже 70%, зокрема, найчастіше руйнуються з’єднання бурильної труби з замком – 36,9%, аварійні відмови замкових різьб – 21,7%. З метою підвищення надійності бурильних колон в цілому необхідно удосконалювати конструкцію з’єднуючих елементів, щоб досягти їх рівноміцності з тілом труби.
При дії циклічнозмінних навантажень у западинах витків різьби, як концентраторів напружень, зароджуються і розвиваються втомні тріщини, тобто відбувається розвиток втомних процесів. При статичних навантаженнях, які різьбові з’єднання відносно добре переносять, в зонах концентратора відбувається перерозподіл і згладжування напружень за рахунок пластичності металу. Чутливість металу до дії концентратора напружень при циклічному навантаженні обумовлена хімічним складом, структурою, міцністю і напруженим станом металу.
Одним із джерел зародження втомних тріщин є явище фретінг-корозії, яке спричиняє дія змінних напружень в спряжених поверхнях різьбових деталей.
Отже, в реальній конструкції різьбового з’єднання існує кілька факторів, які приводять до розвитку втомних процесів. Тому для розробки елементів конструкції із низькою чутливістю до втоми необхідно використовувати накопичений теоретичний і експериментальний матеріал і враховувати дію кожного фактора зокрема і в комплексі. Разом із зниженням концентрації напружень треба добиватися зниження можливості протікання процесів фретінг-корозії, а також розвантаження небезпечних перерізів елементів з’єднання.
При обертанні бурильної колони, особливо на викривлених ділянках свердловини, за рахунок різкої зміни моменту інерції, а відповідно і діючого згинаючого моменту, в перехідній частині бурильної колони виникають значні напруження, які приводять до розвитку втомних процесів і зниження стійкості бурильної колони.
Експлуатація бурильної колони проходить в корозійно-активному середовищі, тому більшість пошкоджень елементів бурильної колони носить втомно-корозійний характер. Інтенсивність процесів корозійної втоми найбільше залежить від корозійної активності середовища, у якому працює колона. При бурінні нафтових і газових свердловин в якості робочих технологічних компонентів використовується технічна вода, глинисті розчини, розчини на водяній основі, нафтовій основі, аеровані розчини. Корозійна агресивність розчину визначається наявністю розчинених газів, концентрацією водневих іонів, поверхнево-активними речовинами, різноманітними кислотами та іншими факторами. Тому основними корозійними агентами, які впливають на роботоздатність бурильної колони, є розчинені солі, кисень, сірководень, вуглекислота, органічні кислоти, лугові розчини та мінеральні кислоти.
На механізм зародження і розвитку втомних тріщин в значній мірі впливає масштабний фактор, тобто при збільшенні геометричних розмірів деталі границя витривалості її знижується. При дослідженні впливу геометричних розмірів на опір втомі в агресивних середовищах спостерігається явище інверсії масштабного фактору в корозійних середовищах, тобто з ростом геометричних розмірів деталі умовна границя корозійної втоми підвищується.
Мірилом впливу поверхневого напруженого стану деталі на її опір втомі є знак і величина залишкових поверхневих напружень. Величина і характер залишкових напружень обумовлюються станом поверхні та якістю матеріалу.
Список використаних джерел
1. Василишин В.Я. Підвищення працездатності різьбових з’єднань труб нафтового сортаменту: автореф. дис. … канд. техн. наук: спец. 05.05.12 Івано-Франківський національний технічний. університет нафти і газу, 2013. – 20 с.
2. Василишин В.Я. Вплив крутного моменту згвинчування на опір втомлюваності замкових різьбових з’єднань бурильних труб / В.Я.Василишин // Розвідка і розробка нафтових і газових родовищ. – 2010. – №4(37.). – С.55–58.
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License
Знайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter
Another articles in this section
-
STUDY OF THE INFLUENCE OF DIELECTRIC COATING ON THE RADIATION CHARACTERISTICS OF AN ANTENNA ARRAY
31.10.2023 16:41 -
ПРИЧИНИ ЗНИЖЕННЯ ГІДРАВЛІЧНОЇ ЕФЕКТИВНОСТІ ГАЗОПРОВОДІВ
25.10.2023 11:22 -
РИНОК ТРАНСПОРТНИХ ПОСЛУГ: ПОНЯТТЯ ТА ОЗНАКИ
24.10.2023 01:20 -
УДОСКОНАЛЕНА МАТЕМАТИЧНА МОДЕЛЬ ГЕРМЕТИЧНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГУНА
22.10.2023 19:23 -
ПЕРСПЕКТИВИ ВИКОРИСТАННЯ АГРОДРОНІВ У САДІВНИЦТВІ
19.10.2023 21:56
Сonferences
Conference 2024
Conference 2023
Conference 2022
Conference 2021
