Прочностной расчет колонны гибких труб. Произвести прочностной расчет колонны гибких труб, используемых совместно с винтовым

Прочностной расчет колонны гибких труб. Произвести прочностной расчет колонны гибких труб, используемых совместно с винтовым забойным двигателем для разбуривания песчаной пробки на забое скважины. Исходные данные см. в таблице 6.1. Таблица 6.1- исходные данные к задаче 6 Вариант показатель 2 Условный диаметр КГТ 48 Материал КГТ 08Г20Ф Используемый забойный двигатель Д-85 Глубина скважины, м 2700 Давление промывочной жидкости, МПа 22 Найти: 1. Угол закручивания колонны гибких труб по глубине, характеристикам сечения и материала трубы, действующему тормозному моменту от винтового забойного двигателя. 2. Найти эквивалентное действующее напряжение под стриппером по критерию Мозеса, сравнить с пределом текучести, взятым с запасом прочности 1.2. 3. Найти максимальное действующее напряжение при изгибе колонны гибких труб на барабане и гусаке в процессе СПО. 4. Рассчитать количество циклов напряжений, которые испытывает гибкая труба в процессе одного спуска-подъема. Технические характеристики гибких труб отечественного производства смотри в таблицах 6.2 и 6.3. Таблица 6.2- технические характеристики стали для изготовления гибких труб в бунтах Показатель Марка стали Сталь 10 Сталь 20 Ст. 2 08Г20Ф 08Г20Ф6 10ГМФ Предел текучести, МПа 210 250 220 400 420 400 Предел прочности, МПа 340 420 330 550 570 550 Таблица 6.3– технические характеристики гибких стальных труб в бунтах показатель Условный диаметр трубы, мм 20 25 26 33 42 48 60 73 Наружный диаметр трубы, мм 20 25.0 26.8 33.5 42.3 48.0 60.3 73.0 Толщина стенки, мм 2; 2.5; 2.8 2.5; 3.0 2.8 3.2 2.8 3.2 3.2 3.5 4.0 3.5 4.0 3.5 4.0 Испытательное давление, МПа для минимальной толщины стенки из марки стали: 20 10ГМФ 56 90 56 90 60 95 45 83 40 64 32 53 30 48 24 38 Таблица 6.4– техническая характеристика ВЗД показатели Д-85 Д-95 Д-105 Д-108 Расход жидкости, л/с 4,8 6-10 6-10 6-12 Частота вращения, об/мин 130 120-200 160-230 80-150 Перепад давления, МПа 5,5 4,5-6,0 5-8 3,5-5,5 Тормозной момент, Н·м 500 600-900 800-1400 2000-2700

1. Рассчитаем угол закручивания КГТ от действия вращающего момента ВЗД Д-108. Методику расчета заимствуем из [Р.Х. Гафаров, Р.Г. Шарафиев, Р.Г. Ризванов. Краткий справочник инженера-механика. Уфа, 1995 г].
Модуль сдвига материала гибкой трубы, Па:
G=E2(1+ν) (6.1)
где Е=2×1011 Па модуль Юнга для стали; ν=0.3 коэффициент Пуассона для стали; отсюда G=7.7×1010 Па;
Полярный момент инерции сечения КГТ, м4:
I=π∙dнар4(1-dвн4dнар4)32 (6.2)
I=3.14*0.0484*(1-0.0440.0484)32 =0.00000041, м4
Где dнар наружный диаметр гибкой трубы, м; dвн– внутренний диаметр гибкой трубы, м.
Тогда абсолютный угол закручивания КГТ на длине H равен θ рад
θ=Mmax∙HGI (6.3)
Где Mmax– максимальный девствующий крутящий момент на КГТ; H– глубина скважины, м.
θ=500*27007.7*1010 *0.00000041 =42.7
2

. Расчет на прочность КГТ в наиболее нагруженном месте– на входе в стриппер (устьевой герметизатор) с учетом одновременного действия нескольких видов напряжений. При расчетах КГТ на прочность зарубежные специалисты [К. Ньюман. Предельные механические нагрузки на ГНКТ.
Начальный предел текучести рассчитывается на основе комбинации трех главных напряжений (осевое напряжение, радиальное напряжение, тангенциальное напряжение) и касательного напряжения, вызванного действием вращающего момента.
Эквивалентное напряжение по Мозесу, Па:
σэкв=12σt-σr2+σt-σa2+σa-σr2+3τ2 (6.4)
Где σt– тангенциальное напряжение, Па:
σt=pжdнар2(dнар-dвн) (6.5)
σt=22*106*0.0482*(0.048-0.04) = 66000000 = 66 МПа
Где pж давление промывочной жидкости, Па.
σr– радиальное напряжение, Па;
σr=pж = 22 МПа (6.6)
σa – осевое напряжение, Па;
σa=Hqg+pжπdвн24π(dнар2-dвн2)4 (6.7)
σa=2700*3.48*9.81+22*106*3.14*0.04243.14*(0.0422-0.042)4 = 93061022 = 93 МПа
Где q– масса 1 погонного метра гибкой трубы в кг.
τ– касательное напряжение, Па.
τ=MmaxW (6.8)
Где W полярный момент сопротивления сечения, м3
W=πdнар3(1-dвн4dнар4)16 (6.9)
W=3.14*0.0483*(1-0.0440.0484)16 = 0.000011
τ=5000.000011 = 45, 4 Мпа
σэкв=1266-222+66-932+93-222+3*45.42 = 100.1 Мпа
Эквивалентное напряжение сравнивается с пределом текучести, взятому с запасом прочности 1.2.
σт = 120 Мпа
3