РОЗДІЛ 2
МЕТОДИКА ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ
2.1. Призначення та завдання випробування бурильної колони
при дії змінних навантажень
Як показав аналіз аварійності бурильної колони, раптові відмови в ній мають
місце переважно через зруйнування різьбових з’єднань. Досвід експлуатації
показує, що існують дві категорії причин виходу з ладу різьбових з’єднань
бурильної колони, які визначають їх надійність: втомне зруйнування; відхилення
основних параметрів за межі норм, що характеризують справне функціонування. До
одного з таких відхилень при експлуатації бурильної колони відносять втрату її
різьбовими з’єднаннями “монолітності”, що спостерігається при інтенсивних
вібраціях колони.
Таким чином, при випробуваннях різьбових з’єднань в стендових умовах на змінне
навантаження можна розв’язати дві задачі, що випливають з вимог, які формуються
в процесі їх проектування, виготовлення і експлуатації: оцінити довговічність
бурильної колони під дією змінних навантажень; розробити методи і засоби, що
дадуть можливість оцінити вплив параметрів вібрації колони на її “монолітність”
в різьбових з’єднаннях.
Для розв’язання поставлених задач необхідно провести два види стендових
досліджень: випробування натурних зразків різьбових з’єднань бурильних труб при
змінних навантаженнях на втомну міцність; оцінювання здатності різьбових
з’єднань виконувати функції і зберігати значення параметрів в межах допустимих
норм при дії вібрацій. Останні випробування прийнято класифікувати як
випробування на вібростійкість [38], які найлегше здійснити при гармонічних
вібраціях [37]. Для того, щоб задача випробування на
вібростійкість була поставлена коректно, необхідно перед початком випробувань
мати чітку уяву про те, при яких умовах згвинчування різьбових з’єднань
бурильної колони забезпечується їх монолітність і які параметри
вібрації можуть призвести до втрати монолітності [105].
2.2. Випробування на втому елементів бурильної колони
Випробування замкових різьбових з’єднань і супроводжуючих їх індикаторів втоми
на знакозмінне навантаження проводять з метою визначення характеристик втомної
міцності. Таким характеристикам, як границя витривалості і кількість циклів до
зруйнування, властиве значне розсіювання, що підтверджується проведеними
випробуваннями різьбових з’єднань бурильних труб, в яких визначали розсіювання
деяких параметрів їх кривих втоми. Кількість натурних зразків під час
випробування на втому різьбових з’єднань труб нафтового сортаменту обмежується
економічними чинниками. Тому, на нашу думку, необхідно провести дослідження,
спрямовані на визначення економічно обґрунтованого діапазону можливих відхилень
при визначенні розсіювання параметрів кривої втоми і кількості натурних
зразків, що забезпечують визначений діапазон відхилень. Особливо це стосується
ІНВП, що є за суттю приладами побічних вимірювань навантаженості елементів
бурильної колони і повинні забезпечувати їх високу точність. Тому в роботі
обґрунтовується економічна доцільність обсягу випробувань на втому і
приводиться методика математичної обробки їх результатів.
2.2.1. Визначення оптимальної точності оцінювання характеристик втомного
зруйнування елементів бурильної колони. Точність оцінки розподілу довговічності
зростає зі збільшенням обсягу експериментальних досліджень на втому, який
необхідно було би обґрунтовувати, виходячи з техніко-економічних міркувань,
залежно від обсягу виробництва, ціни і відповідальності елементів бурильної
колони, необхідного рівня надійності тощо.
Для оцінки впливу під час випробування на втому кількості натурних зразків
елементів бурильної колони на точність статистичної обробки результатів втомних
випробувань необхідно насамперед визначитися, за якою функцією розподіляються
втомні властивості елементів колони. Часто для описування втомних властивостей
натурних елементів бурильної колони використовували нормальний закон розподілу.
Незважаючи на широке застосування вказаної функції розподілу і її
обґрунтування, питання її відповідності дослідним даним висвітлене обмежено.
Спираючись на результати втомних випробувань серії зразків, нами досліджена
функція нормального закону стосовно розподілу кількості циклів до зруйнування
натурних зразків замкового різьбового з’єднання З-121 ОБТ діаметром 146 мм під
час випробування на втому знакозмінним круговим згином на стенді ЗР-150 та
статистично проаналізовані значення параметрів вказаної функції.
В функції нормального розподілу за випадкові приймали величини та , де –
кількість циклів до зруйнування зразка, випробуваного на заданому рівні
навантаження; – порогова чутливість за циклом, тобто таке значення кількості
циклів, імовірність руйнування раніше якого дорівнює нулю. Перевірку
відповідності вказаної функції розподілу дослідним даним проводили за
результатами випробувань на втому 18 зразків на одному рівні амплітуди
згинального моменту, табл. 2.1. Графічну
перевірку гіпотези нормального розподілу випадкових величин проводили на
комп’ютері за допомогою програмного пакету Analyse–it. Результати перевірки
представлені на рис. 2.1–2.4.
На рис. 2.1, 2.3 по осі ординат відкладена імовірність руйнування, виражена
через квантиль в масштабі, що відповідає нормальному розподілу, а на рис. 2.2,
2.4 — експериментальна функція щільності розподілу величин відповідно. Крім
графічної перевірки гіпотези нормального розподілу випадкових величин і ,
проводилась з використанням того ж пакету програм перевірка за допомогою
асиметрії і ексцесу та критерію згоди Шапіро-Вілка (Shapiro-Wilk), яким
оперують при обмежених обсягах випробувань на одному рівні напружень. Рівень
знач
- Київ+380960830922