Главная страница Случайная страница
КАТЕГОРИИ:
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 |
| 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 | 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 | DС |
| 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