Развитие научных основ оценки влияния нагруженности на довговичничнисть подвижных элементов скважинного о часть 3

19 Сен 2016  |  Автор:

Анализ результатов свидетельствует о тенденции уменьшения разброса значений долговечности с увеличением срока эксплуатации. Это объясняется тем, что в начальный период работы (период приработки) было отбраковано и снято с эксплуатации все штанги с высоким начальным степенью повреждения. Определенную роль играет и сложный характер эксплуатационного погрузки насосных штанг, которое случайно многочастотным процессом с большим разбросом значений амплитуд и асимметрии. Такой сложный характер погрузки и влияние коррозионного фактора со временем приводит к сглаживанию закономерно высокого разброса долговечности деталей, то есть в нашем случае к уменьшению среднеквадратичного отклонения предела выносливости насосных штанг.

Кинетические кривые для медианной вероятности неразрушения приведены на рис. 10.

Завершающим этапом обработки экспериментальных данных является оценка остаточного ресурса насосных штанг после 8 лет эксплуатации в обычных условиях. Для такой оценки необходимо знать эквивалентное напряжение. Он был бы довольно легко определить, зная эквивалентное количество циклов напряжений насосных штанг за год эксплуатации.


что привезти из таиланда

Но при эксплуатации насосных штанг определения является сложной задачей. В первую очередь, это объясняется случайным характером погрузки, изменениями режимов эксплуатации и другими случайными факторами. Кроме этого, в случае сложного многочастотного погрузки, которое характерно для насосных штанг, сделать вывод о эквивалентное количество циклов напряжений невозможно без значительных упрощений при схематизации процесса. Поэтому для определения использовано разработан метод с помощью кинетических кривых усталости.

При достаточно больших сроках эксплуатации насосных штанг можно считать эквивалентное количество циклов напряжений за одинаковый срок эксплуатации величиной неизменной. Тогда можно использовать систему уравнений (14), решением которой и будут искомые величины и. Решение данной системы нелинейных уравнений показано на рис. 11 как пересечение кривых. Получены следующие численные значения = 124000 циклы и = 111,3 МПа.

Теперь, имея все необходимые параметры, можно рассчитать остаточный ресурс насосных штанг в годах по уравнению

. (15)

Для медианной вероятности неразрушения получим остаточный ресурс = 8,5 лет.

Общие ВЫВОДЫ

В результате проведения теоретических и экспериментальных исследований получено новое решение научно-технической проблемы оценки влияния нагруженности на долговечность и остаточный ресурс подвижных элементов скважинного оборудования, в частности, бурильных колонн, геофизических кабелей, колонн насосных штанг, основанное на закономерностях кинетики накопления коррозионно-усталостного повреждения, что позволило усовершенствовать методы расчета их долговечности и остаточного ресурса.

  1. Проведена оценка эксплуатационного нагружения бурильной колонны при спуско-подъемных операций, колонны насосных штанг и геофизического кабеля. Установлено, что характерными чертами эксплуатационного погрузки подвижного скважинного оборудования является сложный асимметричный широкополосный процесс с большим количеством случайных высокочастотных низкоамплитудной составляющих. Так, 90% распределения напряжений в верхней части колонны насосных штанг занимают напряжение с коэффициентом асимметрии более 0,6 и амплитудами менее 20 МПа.

Проведены экспериментальные исследования натяжения геофизического кабеля при спуско-подъемных операций. Анализ полученных результатов в условиях вертикальных скважин позволил рассчитать силы гидравлического сопротивления для различных скоростей выполнения спуско-подъемных операций и различных каротажных приборов. Замечено положительное влияние увеличения скорости на уменьшение силы сопротивления движению каротажных устройств, например, для инклинометра сила гидравлического сопротивления при увеличении скорости от 0,056 до 0,84 м / с уменьшается от 920 до 780 Н, и экстремальный характер силы удельного гидравлического сопротивления геофизического кабеля при скорости u = 0,15 м / с, где она составляет 1,2 Н / м.

Разработаны усовершенствованные средства:

а) измерения нагрузок в верхней части штанговых колонны (Патент Украины № 21964), который позволяет выделять высокочастотные циклы нагрузок КНШ и проводить непосредственная запись результатов измерений для их обработки на ПЭВМ;

б) измерения усилий в колонне бурильных труб (Патент Украины № 20126), который дает возможность измерять усилия и определять напряжение в элементах бурильной колонны на искривленных участках;

в) оценка погрузки геофизического кабеля с помощью индикаторов, который позволяет предупредить возможность обрыва и проводить интегральную оценку нагруженности кабеля.

  1. Рассчитано локальные напряжения изгиба в элементах бурильных колонн и колонн насосных штанг на искривленных участках с учетом силы растяжения и параметров искривления оси скважины. Расчетные схемы основываются на анализе возможного положения колонн в ограниченном пространстве скважины. Результаты исследований свидетельствуют о значительном влиянии на локальные напряжения изгиба силы растяжения. Так, если растягивающие напряжения внизу колонны насосных штанг меняются от 0 до 1,8 МПа при силе растяжения 500 Н, то напряжение изгиба на участке с углом искривления 20 и радиусом 50 м — от 50,7 до 207,3 МПа. Таким образом, амплитуда изгибающих напряжений достигает 78,3 МПа, что может служить основной причиной усталостного разрушения колонны насосных штанг в нижней части на искривленных участках.

Показано, что пренебрежение силами растяжения и несовпадением оси скважины и бурильной колонны может привести к ошибкам при расчетах напряженно-деформированного состояния и долговечности бурильных труб. Так, определено напряжение в поперечном сечении бурильных труб ТБПК 127 (толщина стенки 8 мм) в криволинейном стволе скважины диаметром 295,3 мм. При расстоянии от нейтрального сечения до начала криволинейного участка = 250 м колонна будет касаться нижней части стенки скважины по всей длине. В этом случае напряжение изгиба — 9,5 МПа. При увеличении до 260 м, сила растяжения растет и является достаточным для отрыва колонны от стенки скважины. Напряжение возрастает до 11,9 МПа. При дальнейшем увеличении (более 260 м), сила растяжения вызывает контакт бурильной колонны с верхней частью ствола скважины, а величина напряжений увеличивается от 15,2 до 40,2 МПа при увеличении до 300 м.

  1. Разработан метод суммирования усталостных повреждений деталей при широкополосном погрузке, с учетом багаточастотности и распределения амплитуд на отдельных частотах, основанный на учете экспериментально определенных коэффициентов влияния данных факторов на накопление усталостных повреждений в материале детали.

Разработан метод схематизации случайного процесса нагружения с учетом багаточастотности процесса и распределения амплитуд во времени, основанный на определении экстремумов при поэтапном сглаживании процесса путем замены восходящих размахов на их средние значения. Проведена апробация метода на двухчастотных и случайном процессах нагрузки.

Разработан метод учета напряжений с высоким уровнем асимметрии цикла, в том числе с амплитудами напряжений, ниже предел выносливости, при оценке долговечности с учетом кинетики усталостного повреждения.

  1. Разработан чотирипараметричне уравнения кривой усталости с учетом коррозионного фактора при низких напряжениях. Для оценки параметров нижней ветви кривой коррозионной усталости предложено использование результатов экспериментальных исследований в многоцикловых области.

Усовершенствована расчетно-экспериментальный метод оценки нагруженности деталей с помощью индикаторов нагрузки, который позволяет провести интегральную оценку погрузки с выделением нескольких уровней напряжений и определения на каждом уровне их эквивалентного количества циклов. Количество уровней соответствует количеству индикаторов с разным предыдущим повреждением, а их границы — кинетическим границам выносливости индикаторов.

Усовершенствована расчетно-экспериментальный метод оценки нагруженности и остаточного ресурса деталей по результатам исследований натурных образцов с разной степенью накопленного коррозионно-усталостного повреждения. Метод основан на закономерностях кинетики снижение предела выносливости и предложенной системе уравнений для определения эквивалентных по повреждающим действием амплитуд напряжений и количества циклов нагрузки.

  1. Экспериментально исследованы накопления усталостных повреждений при циклическом ступенчатой ​​деформации материала бурильных труб (сталь группы прочности «Д») по жесткой схеме погрузки консольным изгибом с амплитудами деформации а = 0,3.1 мм. В результате установлено, что при блочных или случайных погрузке со степенями, которые вызывают напряжение, близкие к границе выносливости материала, определяющей становится взаимодействие низких напряжений блока или спектра нагружения с высокими, наиболее разрушительными. Доказана необходимость учета последовательности погрузки для расчетов на усталостную долговечность деталей, работающих в условиях случайных нагружаемых с высокой долей низких напряжений спектра, имеет место при эксплуатации бурильной колонны.

Отзывов нет | Нам важно ваше мнение!

К сожалению, отзывы пока закрыты.