Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Розрахунок бурильної колони на витривалість






Розрахунок бурильної колони на витривалість є перевірочний і полягає у визначенні узагальненого коефіцієнта запасу міцності з врахуванням осьових, дотичних, згинаючих напружень в перерізах над долотом, в місцях переходу від ОБТ одного діаметру до іншого, в місці переходу від ОБТ до бурильних труб, в усіх інших переходах від секції до секції та на усті свердловини.

Узагальнений коефіцієнт запасу міцності на витривалість знаходятьcа формулою:

= , (2.41)

де - фактичний узагальнений коефіцієнт запасу міцності витривалість;

- запас міцності за нормальними напруженнями, вирахуваний при умові, що дотичні напруження відсутні;

- запас міцності за дотичними напруженнями, вирахований за умови, що нормальні напруження відсутні:

(2.42)

де – межа витривалості при симетричному циклі навантажень, Па;

– межа міцності (витривалості) матеріалу труби, Па.

(2.43)

де – межа витривалості при крученні, Па.

За четвертою теорією міцності межа витривалості при крученні дорівнює:

(2.44)

VII  
Ι V  
Ι V  
V
V  
VI
VI  
VII  
Ι
Ι
Ι Ι
Ι Ι
Ι Ι Ι  
Ι Ι Ι
O
O
 
Dз=101, 6 мм
ОБТЗ.2-133  
ОБТЗ.2-133
“Е”
“Д”
“Д”
Осьові σ ос, згинаючі σ зг та крутні (дотичні) τ кр напруження знаходять за формулаи (2.11), (2.13), (2.17).

 

Рисунок 2.4 – Схема конструкції бурильної колони (розрахункових перерізів).

Схема розрахункових перерізів приведена на рисунку 2.4.

Проведемо розрахунок бурильної колони на витривалість в перерізі між КЛСН 165.1 та ОБТЗ.2-133(І-І).

Вихідні дані:

1. Діаметр в основній частині трубної різьби dЗ=103 мм

2. Зовнішній діаметр труби dЗ.ТР=133 мм

3. Внутрішній діаметр труби dВ.ТР=64мм

4. Діаметр долота DД=165.1 мм

5. Коефіцієнт кавернозності Кк=1, 05

6. Навантаження на долото GД=120 кН

7. Модуль пружності сталі Е=2, 1·1011 Па

8. Межа текучості МПа

9. Межа витривалості при симетричному

циклі навантажень МПа

10. Вага КНБК GКНБК=20032.02 Н

11. Вага 1 м ОБТ qОБТ= 824.04 Н

12. Коефіцієнт Архімеда =0, 855

13. Межа міцності МПа

Знаходимо нульовий переріз (, k=1):

(2.45)

.

Визначимо момент інерції при згині за формулою (2.9):

І м4.

Момент опору при згині знайдемо за формулою:

W (2.46)

W м-3

Момент опору при крученні знайдемо за формулою:

W , (2.47)

W м3

Стрілу прогину знайдемо за формулою (2.14):

f= .

Довжину півхвилі згину визначаємо за формулою (2.15):

Площа перерізу труби:

F= м2

Визначимо осьове напруження стиску, вважаючи, що в перерізі діє навантаження, яке рівне навантаженню на долото:

(2.48)

Па

Згинаюче напруження знаходимо за формулою (2.11):

МПа

Межу витривалості при крученні визначаємо за формулою (2.44):

МПа.

Напруження кручення крутних моментів визначаємо за формулою (2.17):

МПа

Запас міцності за дотичними напруженнями знаходимо за формулою(2.47):

Запас міцності за нормальними напруженнями розрахуємо за формулою (2.46):

Узагальнений коефіцієнт запасу міцності знайдемо за формулою (2.41):

Проведемо розрахунок бурильної колони на витривалість в перерізі між першою та другою ОБТ(ІІ-ІІ).

Вихідні дані:

1. Діаметр в основній частині трубної різьби dЗ=103 мм

2. Зовнішній діаметр труби dЗ.ТР=133 мм

3. Внутрішній діаметр труби dВ.ТР=64 мм

4. Діаметр долота DД=165.1 мм

5. Коефіцієнт кавернозності Кк=1, 05

6. Навантаження на долото GД=120 кН

7. Модуль пружності сталі Е=2, 1·1011 Па

8. Межа текучості МПа

9. Межа витривалості при симетричному

циклі навантажень МПа

10. Межа міцності МПа

11. Вага 1 м ОБТ qОБТ= 824.04 Н

12. Коефіцієнт Архімеда =0, 855

Визначимо осьове напруження стиску:

Па

Згинаюче напруження знаходимо за формулою (2.12):

МПа

Напруження кручення крутних моментів визначаємо за формулою (2.17):

МПа

Запас міцності за дотичними напруженнями знаходимо за формулою(2.47):

Запас міцності за нормальними напруженнями розрахуємо за формулою (2.46):

Узагальнений коефіцієнт запасу міцності знайдемо за формулою (2.41):

Проведемо розрахунок бурильної колони на витривалість в перерізі між КНБК та ОБТ (ІІІ-ІІІ).

Вихідні дані:

1. Діаметр в основній частині трубної різьби dЗ=103 мм

2. Зовнішній діаметр труби dЗ.ТР=133 мм

3. Внутрішній діаметр труби dВ.ТР=64 мм

4. Діаметр долота DД=165.1 мм

5. Коефіцієнт кавернозності Кк=1, 05

6. Навантаження на долото GД=120 кН

7. Модуль пружності сталі Е=2, 1·1011 Па

8. Межа текучості МПа

9. Межа витривалості при симетричному

циклі навантажень МПа

10. Межа міцності МПа

11. Вага 1 м НК qНК= 232.9875 Н

12. Коефіцієнт Архімеда =0, 855

 

Довжину півхвилі згину визначаємо за формулою (2.15):

Визначимо осьове напруження розтягу:

Па

Згинаюче напруження знаходимо за формулою (2.12):

МПа

Межу витривалості при крученні визначаємо за формулою (2.44):

МПа.

Напруження кручення крутних моментів визначаємо за формулою (2.17):

МПа

Запас міцності за дотичними напруженнями знаходимо за формулою(2.47):

Запас міцності за нормальними напруженнями розрахуємо за формулою (2.46):

Узагальнений коефіцієнт запасу міцності знайдемо за формулою (2.41):

Проведемо розрахунок бурильної колони на витривалість в перерізі між ОБТ та НК (ІV-ІV).

Вихідні дані:

1. Діаметр замка dЗ=152 мм

2. Зовнішній діаметр труби dЗ.ТР=101.6 мм

3. Внутрішній діаметр труби dВ.ТР=84.8 мм

4. Діаметр долота DД=165.1 мм

5. Коефіцієнт кавернозності Кк=1, 05

6. Навантаження на долото GД=120 кН

7. Модуль пружності сталі Е=2, 1·1011 Па

8. Межа текучості МПа

9. Межа витривалості при симетричному

циклі навантажень МПа

10. Межа міцності МПа

11. Вага 1 м НК qНК= 232.9875 Н

12. Коефіцієнт Архімеда =0, 855

Визначимо момент інерції при згині за формулою (2.9):

І м4.

Момент опору при згині знайдемо за формулою:

W м-3

Момент опору при крученні знайдемо за формулою:

W м3

Довжину півхвилі згину визначаємо за формулою (2.15):

Площа перерізу труби:

F= м2

Стрілу прогину знайдемо за формулою (2.14):

f= .

Визначимо осьове напруження розтягу:

Па

Згинаюче напруження знаходимо за формулою (2.12):

МПа

Межу витривалості при крученні визначаємо за формулою (2.44):

МПа.

Напруження кручення крутних моментів визначаємо за формулою (2.17):

МПа

Запас міцності за дотичними напруженнями знаходимо за формулою(2.47):

Запас міцності за нормальними напруженнями розрахуємо за формулою (2.46):

Узагальнений коефіцієнт запасу міцності знайдемо за формулою (2.41):

Проведемо розрахунок бурильної колони на витривалість в перерізі між НК та БТ1 (V-V).

Вихідні дані:

1. Діаметр замка dЗ=152 мм

2. Зовнішній діаметр труби dЗ.ТР=101.6 мм

3. Внутрішній діаметр труби dВ.ТР=84.8 мм

4. Діаметр долота DД=165.1 мм

5. Коефіцієнт кавернозності Кк=1, 05

6. Навантаження на долото GД=120 кН

7. Модуль пружності сталі Е=2, 1·1011 Па

8. Межа текучості МПа

9. Межа витривалості при симетричному

циклі навантажень МПа

10. Межа міцності МПа

11. Вага 1 м БТ1 qБТ1= 232.9875 Н

12. Коефіцієнт Архімеда =0, 855

13. Внутрішній діаметр проміжної колони

Стрілу прогину знайдемо за формулою (2.14):

f= .

Довжину півхвилі згину визначаємо за формулою (2.15):

Визначимо осьове напруження розтягу:

Згинаюче напруження знаходимо за формулою (2.12):

МПа

Напруження кручення крутних моментів визначаємо за формулою (2.17):

МПа

Запас міцності за дотичними напруженнями знаходимо за формулою(2.47):

Запас міцності за нормальними напруженнями розрахуємо за формулою (2.46):

Узагальнений коефіцієнт запасу міцності знайдемо за формулою (2.41):

Проведемо розрахунок бурильної колони на витривалість в перерізі між БТ1 та БТ2 (VІ-VІ).

Вихідні дані:

1. Діаметр замка dЗ=152 мм

2. Зовнішній діаметр труби dЗ.ТР=101.6 мм

3. Внутрішній діаметр труби dВ.ТР=84.8 мм

4. Діаметр долота DД=165.1 мм

5. Коефіцієнт кавернозності Кк=1, 05

6. Навантаження на долото GД=120 кН

7. Модуль пружності сталі Е=2, 1·1011 Па

8. Межа текучості МПа

9. Межа витривалості при симетричному

циклі навантажень МПа

10. Межа міцності МПа

11. Вага 1 м БТ1 qБТ= 232.9875 Н

12. Коефіцієнт Архімеда =0, 855

13. Внутрішній діаметр проміжної колони

Довжину півхвилі згину визначаємо за формулою (2.15):

 

Визначимо осьове напруження розтягу:

 

Згинаюче напруження знаходимо за формулою (2.12):

МПа

Напруження кручення крутних моментів визначаємо за формулою (2.17):

МПа

Межу витривалості при крученні визначаємо за формулою (2.44):

 

МПа.

 

Запас міцності за дотичними напруженнями знаходимо за формулою(2.47):

Запас міцності за нормальними напруженнями розрахуємо за формулою (2.46):

Узагальнений коефіцієнт запасу міцності знайдемо за формулою (2.41):

Проведемо розрахунок бурильної колони на витривалість на усті (VІІ-VІІ).

Вихідні дані:

1. Діаметр замка dЗ=152 мм

2. Зовнішній діаметр труби dЗ.ТР=101.6 мм

3. Внутрішній діаметр труби dВ.ТР=84.8 мм

4. Діаметр долота DД=165.1 мм

5. Коефіцієнт кавернозності Кк=1, 05

6. Навантаження на долото GД=120 кН

7. Модуль пружності сталі Е=2, 1·1011 Па

8. Межа текучості МПа

9. Межа витривалості при симетричному

циклі навантажень МПа

10. Межа міцності МПа

11. Вага 1 м БТ1 qБТ1= 232.9875 Н

12. Коефіцієнт Архімеда =0, 855

13. Внутрішній діаметр проміжної колони

 

Довжину півхвилі згину визначаємо за формулою (2.15):

Визначимо осьове напруження розтягу:

Згинаюче напруження знаходимо за формулою (2.12):

МПа

Напруження кручення крутних моментів визначаємо за формулою (2.17):

Межу витривалості при крученні визначаємо за формулою (2.44):

МПа.

Запас міцності за дотичними напруженнями знаходимо за формулою(2.47):

Запас міцності за нормальними напруженнями розрахуємо за формулою (2.48):

Узагальнений коефіцієнт запасу міцності знайдемо за формулою (2.41):

Результати розрахунку зведемо в таблицю 2.8.

 

 

Таблиця 2.9 – Конструкція бурильної колони після розрахунку на міцність та витривалість

№ сек-ції Назва секції Інтервал встанов-лення секції, м Дов-жи-на сек-ції, м Зовні-шній діа-метр секції, мм Тов-щи-на сті-нки, мм Група міцності матеріалу труби Вага секції, кН Наро-стаю-ча вага коло-ни, кН
Кондуктор
  КНБК 140-116       38ХНЗМФА 64.37 64.37
  ОБТ 116-96       38ХНЗМФА 42.1 106.47
  І 96-0     10.5 Д 37.228 143.698
Перша проміжна
  КНБК 2000-1976       38ХНЗМФА 50.525 50.525
  ОБТ 1976-1839       38ХНЗМФА 288.416 338.941
  І 1839-369     9.2 Д 450.214 789.155
  ІІ 369-0     9.2 Е 113.013 902.168
Друга проміжна
  КНБК 3330-3310       38ХНЗМФА 20.209 20.209
  ОБТ 3310-3106       38ХНЗМФА 206.128 226.337
  І 3106-1436     9.2 Д 511.468 737.805
  ІІ 1436-366     9.2 Е 327.707 1065.512
  ІІІ 366-0     9.2 Л 114.679 1180.191
Експлуатаційна колона
  КНБК 3670-3649       38ХНЗМФА 17.3 17.3
  ОБТ 3649-3469       38ХНЗМФА 148.327 165.627
  НК 3469-3181   101.6 8.4 Д 67.1 232.727
  І 3181-1345   101.6 8.4 Д 427.765 660.492
  ІІ 1345-0   101.6 8.4 Е 313.368 973.86

 
 
Таблиця 2.10 –Таблиця ідентифікаторів, що використовуються в програмі для розрахунку бурильної колони на витривалість.

Назва Іденти-фікатор Позна-чення
Модуль пружності, Е=2, 1 ·1011, Н/м2 Е Е1
Густина матеріалу (сталі), кг /м3 rМ РМ
Прискорення вільного падіння, м/с2 G G
Кількість інтервалів к К
Коефіцієнт Архімеда b ВТ
Кутова швидкість обертання долота, с-1 ω W
Густина бурового розчину, кг/м3 rпр R
Навантаження, що створ. Внаслідок перепаду тиску, Н GТ
Момент на долоті, Н·м Мд МD
Навантаження на долоті, Н Gд GD
Коефіцієнт в B
Діаметр долота, м Дд DD
Коефіцієнт кавернозності к КК
Внутрішній діаметр обсадної колони, м Dобс
Відстань від 1 – го до і – го перерізу, м Z Z
Зовнішній діаметр замка, м dЗз DZ(I)
Зовнішній діаметр тр. І – го перерізу, м dТРЗ D3
Діаметр в основній частині трубної різьби, м dЗ D1(I)
Внутрішній діаметр перерізу, м dВ D3
Вага 1 м труби, розташованого над і–им перерізом, кг/м q QT
Довжина між і – тими перерізами, м l L(I)
Межа текучості, МПа sT ST
Межа витривалості, МПа sв SV
Стріла прогину, м f F
Момент інерції при згині (розтягу), м4 I IZ
Напруження згину, Па sзг SZG
Момент опору при згині, м3 Wзг WZ
Довжина півхвилі згину, м ln LP
Площа поперечного перерізу, м2 F1 F1
Узагальнений коефіцієнт запасу міцності n N(I)

 


Рисунок 2.5 – Блок схема розрахунку бурильної колони на витривалість

 

10 CLS

30 PRINT „ ¦ Розрахунок бурильноi колони на витривалiсть¦ ”

50 PRINT „ Програму склав: ст.гр.НБ-07-1 ”

60 PRINT „ Білик М.В. ”

70 PRINT: PRINT: PRINT

80 INPUT „ Бажаeте провести розрахунок (y/n)? ”, ASK$

90 IF ASK$ = “y” OR ASK$ = “Y” THEN GOTO 120

100 IF ASK$ = “n” OR ASK$ = “N” THEN SYSTEM

110 GOTO 80

120 CLS

130 DIM G(10), D1(10), D2(10), L(10), QT(10), M(10), DZ(10), D3(10)

150 PI =3.14159: G =9.810001: E1 = 2.1E+11: PM =7850: M = 0000001: LS = 0

160 PRINT „ Для проведення розрахунку введiть наступнi величини: ”

170 INPUT „ -кiлькiсть iнтервалiв К = ”, K

180 INPUT „ -коефiцieнт Архiмеда в = ”, BT

190 INPUT „ -швидкiсть обертання долота, с-1 w = ”, W

200 INPUT „ -густину бурового розчину, кг/м^3 p = ”, R

210 INPUT „ -нав-ня, що створ-ся внасл.перепаду тиску Gт= ”, GT

220 INPUT „ -момент на долотi, Нм Mд= ”, MD: M(0) = MD

230 INPUT „ -навантаження на долото, Н Gд= ”, GD

240 INPUT „ -коефiцieнт 'b' b = ”, B

250 INPUT „ -дiаметр долота, м Dд= ”, DD

260 I = 1

270 PRINT „ -iнтервал ”; I; „ обсаджений(y/n)? ”;: INPUT „”, ASK$

280 IF ASK$ = “y” OR ASK$ = “Y” THEN GOTO 340

290 IF ASK$ = “n” OR ASK$ = “N” THEN GOTO 310

300 GOTO 270

310 INPUT „ -введiть коефiцieнт ковернозностi Kk= ”, KK

320 DC =SQR(KK)*DD

330 GOTO 350

340 INPUT „-внутрiшнiй дiаметр обсадноi колони, м Dc= ”, DC

350 PRINT „-вiдстань вiд 0-го до ”; I-го перерiзу, м z =”;: INPUT” ”, Z

360 INPUT „-зовнiшнiй дiаметр замка, м Dz= ”, DZ(I)

370 PRINT „-зовн.дiаметр тр. ”; I-го перерiзу, м Dз=”;: INPUT „”, D3(I)

380 INPUT „-дiаметр в осн-й частинi трубноi рiзьби, м D1=”, D1(I)

390 INPUT „-внутрiшнiй дiаметр перерiзу, м D2= ”, D2(I)

400 PRINT „-вагу 1м труб розт.над»; I; ”-им пер., кг/м q=”;: INPUT””, QT(I): QT(I) = QT(I) * G

410 PRINT “-довж.мiж”; I; ”-имi”; I + 1; ”-им пер., мL =”;: INPUT” ”, L(I)

420 INPUT “-межу текучостi, Мпа Gт= “, ST: ST = ST * M

430 INPUT “-межу витривалостi, Мпа Gв= “, SV: SV = SV * M

440 F1 = (PI / 4) * (D3(I) ^ 2 – D2(I) ^ 2)

450 IF Z > 0 THEN 460 ELSE S = GD / F1: GOTO 490

460 IF Q1 = 1 THEN 480 ELSE G(I – 1) = QT(I – 1) * Z

470 Q1 = 1

480 S = (G(I – 1) * BT + L(I) * QT(I) * BT + GT) / F1

490 F = (DC – DZ(I)) / 2

500 IZ = (PI / 64) * (D1(I) ^ 4 – D2(I) ^ 4)

510 WZ =(PI/32)*((D1(I)^4-D2(I)^4)/D1(I))

520 LP = SQR(G/2*(Z+SQR(Z^2+(4*E1*IZ*W^2)/(QT(I)*G))))*PI / W

530 SZG = PI ^ 2 * E1 * IZ * F / (LP ^ 2 * WZ)

540 G(I) = G(I) + QT(I) * L(I)

550 M(I) = M(I – 1) + B * R * W ^.7 * D3(I) ^ 2 * L(I)

560 WK = 2 * WZ

570 TKR = M(I) / WK

580 TT = ST / SQR(3)

590 NT = TT / TKR: NS = (ST * SV) / (ST * SZG + SV * S)

600 N(I) = NS * NT / SQR(NS ^ 2 + NT ^ 2)

610 CLS

620 PRINT

630 PRINT

640 IF N(I) < 1.5 THEN PRINT “Зменшiть довжину даноi секцii або перейдiть на бiльшу групу мiцностi “

650 IF I = K THEN 680

660 I = I + 1

670 GOTO 270

680 PRINT: PRINT “ Результат розрахунку: “

690 PRINT

700 PRINT “=================================================”

710 PRINT “¦ N ¦ L, м ¦ Dзв, м ¦ Dвн, м ¦ Dзм, м ¦ Dтр, м ¦Запас ст.¦”

720 PRINT “=================================================”

730 FOR Z = 1 TO K

740 PRINT USING “¦## ¦ #### ¦ #.### ¦ #.### ¦ #.### ¦ #.### ¦ ##.##¦”; Z; L(Z); D1(Z); D2(Z); DZ(Z); D3(Z); N(Z)

750 NEXT Z

760 PRINT “=================================================”

770 PRINT: PRINT: PRINT

780 INPUT „Бажаете роздрукувати результати (y/n)? ”, ASK$

790 IF ASK$ = “y” OR ASK$ = “Y” THEN GOTO 860

800 IF ASK$ = “n” OR ASK$ = “N” THEN GOTO 820

810 GOTO 780

820 INPUT „Бажаете продовжити роботу з програмою (y/n)? ”, ASK$

830 IF ASK$ = “y” OR ASK$ = “Y” THEN GOTO 140

840 IF ASK$ = “n” OR ASK$ = “N” THEN SYSTEM

850 GOTO 820

860 LPRINT “ Результат розрахунку: “

870 LPRINT “

880 LPRINT “================+===============================”

890 LPRINT “¦ N ¦ L, м ¦ Dзв, м ¦ Dвн, м ¦ Dзм, м ¦ Dтр, м ¦Запас ст.¦”

900 LPRINT “================================================”

910 FOR Z = 1 TO K

920 LPRINT USING “¦## ¦ #### ¦ #.### ¦ #.### ¦ #.### ¦ #.### ¦ ##.##¦”; Z; L(Z); D1(Z); D2(Z); DZ(Z); D3(Z); N(Z)

930 NEXT Z

940 LPRINT “================================================”

950 END

 






© 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.