Пример расчета запаса выносливости

Воспользуемся данными по скважине из разделов 3.1 и 3.2 и результатами выполненных расчетов силовых параметров, а также растягивающих, изгибных и касательных напряжений.

Глубина скважины – 3000 м.

Способ бурения – роторный.

Частота вращения долота – 60 мин^-1.

Базовая колонна составлена из бурильных труб ТБПК-127_*9,2Е.
Масса 1 пог. м бурильных труб – 31,2 кг.

Предел текучести – 539 Мпа.

КНБК составлена из УБТ-203 длиной 200 м. Масса 1 пог. м – 214,6 кг (в воздухе).

Плотность бурового раствора – 1150 кг/м³.

Перепад давления на долоте – 10 МПа.

Бурение шарошечным долотом 295,3 мм; тип вооружения – МС; нагрузка на долото – 250 кН.

Предположим, что наиболее опасным в отношении усталостной прочности является нижнее сечение бурильной трубы ТБПК-127_*9,2Е (над УБТ). Тогда осевая сила в соответствии с формулой (3.12) будет равна:

.

Нагрузка в сечении имеет положительный знак (растягивающая нагрузка превышает нагрузку на долото).

Нормальное напряжение (в нашем случае – растягивающее) вычисляем по формуле (3.2):

σ = 108861 / 0,0034 = 32018000 Па.

Момент на холостое вращение УБТ найдем по формуле (3.5):

М_хв = 128,9_*10^-4_*200_*0,203²_*60^0,5_*0,2953^0,5_*1150= 514 Н_*м.

Из примера в разделе (3.2) М_д = 3100 Н_*м.

Полярный момент сопротивления (раздел 3.2) равен W₀ =1,8715_*10^-4, м³.

По формуле (3.19) вычисляем τ:

.

Запас прочности по касательному напряжению (3.20):

.

Приступим к расчету запаса выносливости n_σ по нормальным напряжениям изгиба и растяжения (сжатия).

Выполним подготовительные расчеты.

Угловая скорость вращения колонны ω= 3,14_*60/30 = 6,28 рад/с.

Q = 108861 Н. Масса пог. м q= 31,2 кг/м (в воздухе).

Модуль Юнга Е= 2,1_*10¹¹ Па.

Предел выносливости бурильной трубы ТБПК-127Е (см. Приложение 11) σ _-1 = 108 МПа.

Предел прочности для группы прочности Е: σ_в = 735 МПа.

Осевой момент инерции I:

I= 3,14_*(0,127⁴ – 0,1086⁴) / 64=5,94_*10^-6 м⁴.

Подставим эти значения в формулу (3.14):

Момент изгиба (3.15):

Осевой момент сопротивления тела трубы (3.17):

W= 3,14_*(0,127⁴ – 0,1086⁴) / (0,127· 32) = 9,35_*10^-5 м³.

Напряжение изгиба (3.16):

σ_а = 886,3 / 9,35_*10^-5 = 9479144,4 Па = 9,48 МПа.

Запас выносливости по нормальным напряжениям (3.18):

.

Эквивалентный запас выносливости с учетом влияния касательных напряжений (3.21):

.

Запас выносливости достаточен.

Контрольные вопросы:

А. Почему и когда в бурильной колонне возникают изгибные напряжения?

Б. Каковы условия, при которых возникают циклические (переменные во времени) изгибные напряжения?

В. Что такое симметричные и асимметричные циклические нагрузки на бурильную трубу?

Г. Что такое "запас прочности" по касательным напряжениям в бурильной трубы и какова его размерность?

Д. Влияют ли касательные напряжения на запас выносливости по нормальным напряжениям?

Ж. В чем отличие между пределом текучести и пределом прочности?

4. Проверочный расчет бурильной колонны на статическую
прочность и выносливость при роторном бурении наклонно
направленной скважины (ННС).

Методики расчетов растягивающих усилий в БК для наклонно направленных скважин излагаются по Инструкции [1].

Источником растягивающих усилий в трубе, как и в вертикальной скважине, при бурении ННС являются силы тяжести, силы трения и гидравлические силы, вызванные наличием перепадов давления на долоте и забойном двигателе.

На вертикальных участках ННС расчет усилий выполняется так же, как в вертикальной скважине (раздел 3.1).

Ниже излагаются методики расчета растягивающих усилий на криволинейных и прямолинейно наклонных участках ННС.

Дата добавления: 2015-06-27