Ви є тут

Підвищення ефективності буріння свердловин за рахунок вдосконалення елементів компоновки низу бурильної колони.

Автор: 
Сімків Мирослава Євгеніївна
Тип роботи: 
Дис. канд. наук
Рік: 
2005
Артикул:
3405U003438
129 грн
Додати в кошик

Вміст

РОЗДІЛ 2
ДОСЛІДЖЕННЯ РЕСУРСУ РОБОТИ ЗАМКОВИХ РІЗЬБОВИХ З'ЄДНАНЬ
2.1. Методика експериментальних досліджень
2.1.1. Конструкції натурних зразків різьбових і зварних з'єднань та вибір дослідницьких стендів. Труднощі, що виникають при бурінні глибоких свердловин, пов'язані не тільки із складностями геологічної будови різних родовищ, але й з конструктивними і технологічними особливостями бурового інструменту, який використовується.
Під час аварій бурових колон, що виникають при бурінні свердловин роторним способом, в основному руйнуються і залишаються в свердловині елементи бурильної колони. Аварії зумовлені надмірно високими рівнями напружень в різьбових з'єднаннях бурильних і обважнених бурильних труб, які спричиняють втомне руйнування матеріалу.
Втомний характер руйнування різьбових з'єднань бурильних та обважнених бурильних труб [2, 3, 23, 36, 37] визначає які види досліджень необхідно провести на опір втомі їх натурних зразків в стендових умовах. Натурні дослідження елементів конструкцій мають на меті встановлення характеристик опору втомі і довговічності деталей в залежності від конструктивних параметрів, матеріалу, технології виготовлення, умов зборки.
Найбільш характерним змінним навантаженням для визначення опору втомі різних конструкцій різьбових з'єднань труб прийнято вважати знакозмінний згин з постійною амплітудою змінних напружень, що відповідає умовам роботи бурильної колони при роторному бурінні. Достовірність вибору основного навантаження підтверджується відповідністю місця та характеру втомних руйнувань, як одержані під час експериментальних досліджень, а також на підставі спостережень в процесі експлуатації (рис. 2.1, 2.2).
В різьбових з'єднаннях замкового типу існує певний зв'язок між усталеними напруженнями ?т, що виникають в ніпелі з'єднання під час згвинчування та змінним амплітудним напруженням ?а під час дії на нього зовнішнього змінного навантаження.
Рис. 2.1. Втомне руйнування замкового різьбового з'єднання по муфті.
Тому в умовах знакозмінного згину ніпель замкового з'єднання перебуває в умовах асиметричного циклу навантаження. При цьому напруження згвинчування ?т визначають асиметрію циклічного навантаження.
Опір втомі характеризується кривою втоми, яка являє собою залежність амплітуди циклу ?а від числа N циклів напружень до руйнування. При дослідженні сталевих зразків з'єднань приймалось базове число циклів N ?106.
Вплив радіуса заокруглення впадин різьби, жорсткості витків, профілю витків (форми та розмірів галтелей) на експлуатаційні характеристики замкових з'єднань досліджувались на натурних зразках труб діаметром 80 і 178мм. Зразки виготовлялись із сталі 45 і 40ХН2МА. Механічні властивості досліджуваних зразків наведені в таблиці 2.1 Частина натурних зразків різьбових з'єднань з різьбою З-62 і З-147 була виконана із спеціально профрезованими пазами вздовж твірних конуса різьби ніпеля і муфти для розміщення в них тензодатчиків електричного опору. Глибина пазу на 1мм більша глибини впадин різьби, ширина пазу - 12 мм [2, 3, 23].

Рис. 2.2. Втомне руйнування по ніпелю різьбового з'єднання З-171.
Напружений стан і міцнісні характеристики замкових різьбових з'єднань із застосуванням в компоновці бурильної колони труб змінної жорсткості досліджувались на натурних зразках ОБТ діаметром 80 і 178мм.
Після виготовлення зразків різьбові з'єднання перевірялись накладними вимірювальними приладами, різьбовими і гладкими калібрами.
Під час згвинчування натурних зразків застосовувались мастила Р416 (коефіцієнт тертя в різьбі ? = 0,09...0,11 [7]).
Для виявлення впливу якості матеріалу, масштабного фактору і технології виготовлення на опір втомі зварних з'єднань досліджувались натурні зразки зваринх з'єднань труб діаметром 80, 146, 178мм. Зразки виготовлялись із сталі 45, 36Г2С, 40ХН, 40ХН2МА (табл.2.1). З метою усунення початкових напружень, що виникають в зварних з'єднаннях під час їх виготовлення проводився термовідпуск.
З обидвох боків зварного з'єднання виготовлювались розвантажувальні канавки , форма і розміри яких відповідали параметрам конструкцій ОБТ з приварними кінцями.
Для визначення параметрів тріщиностійкості матеріалів, з яких виготовлялись натурні зразки замкових різьбових та зварних з'єднань, з тіла труб вирізалися призматичні зразки розміром 4х10х100мм. На бокових поверхнях зразків нарізались V-подібні концентратори глибиною 1мм з радіусом заокруглення 0,1мм
При виготовленні стендів для проведення експериментальних досліджень натурних зразків замкових різьбових та зварних з'єднань виходили з можливості відтворення реальних навантажень, що діють на елементи бурильної колони в процесі буріння свердловин.
Дослідження на опір втомі натурних зразків різьбових з'єднань та зварних конструкцій ОБТ діаметром 146-203мм проводились на дослідницькій машині резонансного типу УП-200 конструкції ЦНДІТМАШ із Mзг.max = 70,0кН?м (рис. 2.3), яка дає змогу проводити випробовування на втому при плоскому знакозмінному згині зразків діаметром до 240мм.
Принцип роботи машини базується на явищі резонансу коливань, які дають можливість циклічно навантажувати зразки.
Досліджуваний зразок, разом з навантажуючими масами, являє собою вільний коливальний контур, що може коливатись в горизонтальній площині. Коливання збуджуються інерційним вібратором неспрямованої дії, який приводиться в рух електродвигуном постійного струму. Електродвигун допускає регулювати швидкість обертання в широкому діапазоні і тим самим - підгонку вимушеної частоти власних коливань системи під резонанс з власними коливаннями.
Рис. 2.3. Схема дослідницької машини УП-2000:
1 - зразок; 2 - навантажуючі маси; 3 - пружини; 4 - вал ексцентрика; 5 - електродвигун; 6 - клин; 7 - зажимні ричаги; 8 - стягуючий гвинт; 9 - ексцентрик; 10 - редуктор.
Величина напруження в досліджуваному зразку встановлюється зміною ексцентриситету незрівноваженої маси вібратора, регулюванням його швидкості або одночасною зміною обох цих величин.
Деформації в досліджуваному зразку ви