Чисельно-експериментальна оцінка умов руйнування тривало експлуатованих бурильних труб
DOI:
https://doi.org/10.31471/1993-9973-2020-2(75)-88-97Ключові слова:
бурильні труби; півеліптична тріщина; J-інтеграл; критичний коефіцієнт інтенсивності напружень.Анотація
Причиною аварійних ситуацій елементів бурильної колони при бурінні глибоких свердловин є виникнен-ня і розвиток в поперечному перерізі тріщиноподібних дефектів. Узагальнені дані дефектоскопії тривало експлуатованих бурильних труб, проведеної на підприємствах бурового управління “Укрбургаз” за 2015 – 2017 роки, а також численні літературні дані свідчать, що такі дефекти утворюються на дні корозійних виразок, що виникають в процесі експлуатації під впливом робочих навантажень та бурових промивальних розчинів, зокрема і при спуско-підіймальних операціях, як на внутрішній, так і на зовнішній поверхні бурильної труби. В процесі спуско-підіймальних операцій, зазнаючи впливу розтягуючих навантажень, вони розвиваючись виходять на поверхню бурильної труби, утворюючи промивини, які зрештою призводять до руйнування труби. Використовуючи відомі аналітичні розв’язки, проведено оцінку напруженого стану в околі півеліптичної тріщини, розташованої як на зовнішній, так і на внутрішній поверхнях пустотілого циліндра, що знаходиться під дією осьового навантаження та визначено відповідні коефіцієнти інтенсивності на-пружень у вершині цих дефектів. Для прогнозування граничного стану бурильної труби з півеліптичною тріщиною, проведено аналіз параметрів руйнування, що відображають локальний напружено-деформований стан біля вершини тріщини. Використовуючи метод скінченних елементів, визначали на-пружений стан в околі вершини півеліптичної тріщини і на цій основі обчислювали характеристики меха-ніки руйнування: J-інтеграл та коефіцієнти інтенсивності напружень. Запропоновано діаграми оцінки ри-зику руйнування у координатах «глибина тріщиноподібного дефекту – глибина буріння – коефіцієнт інтен-сивності напружень», які дають можливість оцінити безпечну глибину як внутрішніх, так і зовнішніх піве-ліптичних тріщиноподібних дефектів, виявлених засобами технічного діагностування із урахуванням ре-зультатів експериментальних досліджень критичної тріщиностійкісті. Визначено допустимі розміри дос-ліджуваних дефектів у залежності від глибини буріння.
Завантаження
Посилання
Mekhanika ruinuvannia i mitsnist materialiv: dovidn. posib. / za zah. red. V.V. Panasiuka. – Tom 10 : Mitsnist ta dovhovichnist naftohazovoho obladnannia / V.I. Pokhmurskyi, Ye.I. Kryzhanivskyi, V.M. Ivasiv ta in. Lviv – Ivano-Frankivsk: Fizyko-mekhanichnyi instytut im. H. V. Karpenka NAN Ukrainy ; Ivano-Frankivskyi natsionalnyi tekhnichnyi universytet nafty i hazu, 2006. 1193 p. [in Ukrainian]
G.V.S. Murthy, Goutam Das, Swapan Kumar Das, Nikhat Parveen, S.R. Singh. Hardbanding failure in a heavy weight drill pipe. Engineering Failure Analysis. 2011. Vol. 18. Р. 1395-1402. dx.doi:10.1016/ j.engfailanal.2011.03.014.
Macdonald K. A., Bjune J. V. Failure Analysis of Drillstrings. Engineering Failure Analysis. 2007. Vol. 14, Iss. 8. P. 1641-1666. doi:10.1016/j.engfailanal.2006.11.073.
Moradi S., Ranjbar K. Experimental and Computational Failure Analysis of Drillstrings. Engineering Failure Analysis. 2009. Vol. 16, Is. 3. P. 923-933. doi:10.1016/j.engfailanal.2008.08.019.
Zhu X., Dong L., Tong H. Failure analysis and solution studies on drill pipe thread gluing at the exit side of horizontal directional drilling. Engineering Failure Analysis. 2013. Vol. 33. Р. 251-264. dx.doi.org/10.1016/j.engfailanal.2013.05.017.
Xiaohua Zhu, Shaohu Liu, Hua Tong, Xiaobing Huang, Jun Li. Experimental and numerical study of drill pipe erosion wear in gas drilling. Engineering Failure Analysis. 2012. Vol. 26. Р. 370-380. dx.doi.org/10.1016/j.engfailanal.2012.06.005
Ivasiv V.M., Hryndzhuk Ya.S., Yurych L.R. Analiz prychyn ruinuvannia elementiv burylnoi kolony. Tehnologicheskiy audit i rezervyi proizvodstva. 2014. No 6/4 (20). P. 15-17. [in Ukrainian]
Li Fangpo, Liu Yonggang, Wang Xinhu, Lu Caihong. Failure analysis of £127mm IEU G105 drill pipe wash out. 2011. Vol. 18. Р. 1867–1872. doi:10.1016/j.engfailanal.2011.06.018.
Approximate Influence Functions for Part-Circumferential Interior Surface Cracks in Pipes / Lim E.Y. et al. ASTM STP 791. P. I-281- I-296.
Raju I. S., Newman J. C. Stress-Intensity Factors for Circumferential Surface Cracks in Pipes and Rods. ASTM STP 905. 1986. P. 789 -805.
Informatsiinyi biuleten pro avarii, uskladnennia i brak v roboti pid chas burinnia sverdlovyn v BU “UKRBURHAZ” za 2015 rik. [in Ukrainian]
Morozov E. M., Muyzemnek A. Yu., Shadskiy A. S. ANSYS v rukah inzhenera: Me-hanika razrusheniya. M.: LENAND, 2010. 456 p. [in Russian]
ASTM E1737-96. Standard test method for J-integral characterization of fracture toughness. American Society for Testing and Materials, 1996.
Rice J. Path A. Independent Integral and the Approximate Analysis of Strain Concentration by Notches and Cracks. Journal of Applied Mechanics. 1968. Vol. 35. P. 379-386.
Fridman Ya. B. Mehanicheskie svoystva metallov. Mehanicheskie ispyitaniya. Konstruktsionnaya prochnost: u 2 t. M.: Mashi-nostroenie, 1974. Vol 2. 368 p. [in Russian]
Vytiaz O. Yu., Hrabovskyi R. S., Tyrlych V. V., Artym V. I. Otsinka vplyvu dynamichnykh navantazhen na umovy ruinuvannia trub burylnykh kolon pid chas spusko-pidiimalnykh operatsii. Naukovyi visnyk IFNTUNH. 2018. No 1 (44). P. 25 – 34. DOI: 10.31471/1993-9965-2018-1(44)-38-47. [in Ukrainian]
Kopei B. V. Naukovo-tekhnolohichni metody kompleksnoho pidvyshchennia resursu detalei sverdlovynnoho naftohazovoho obladnannia: avtoref. dys. … dokt. tekh. nauk. Ivano-Frankivsk, 1996. 46 p. [in Ukrainian]
Kryizhanovskiy E. I. Issledovanie i povyishenie soprotivleniya ustalosti burilnyih kolonn pri vraschatelnom burenii skvazhin: diss. … dokt. teh. nauk. M., 1990. 480 p. [in Russian]
.png)
