Повышение эффективности процесса высадки концов бурильных труб на основе математического и физического моделирования

• Автор: Зинченко, Анна Владимировна
• Шифр специальности: 05.16.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Челябинск
• Количество страниц: 164 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЙ И ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ВЫСАДКИ КОНЦОВ ТРУБ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Сортамент бурильных труб, технология производства и предъявляемые требования
1.2. Технология, оборудование для высадки концов труб и требования
к качеству высаженных концов труб
1.3. Состояние вопроса теоретического и экспериментального описания процесса высадки
1.4. Выводы и постановка задач исследования
2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА ВЫСАДКИ
2.1. Постановка задачи моделирования
2.2. Моделирование процесса с односторонним течением металла
2.3. Моделирование процесса комбинированной высадки
2.3.1. Анализ трансформации сетки линии скольжения
в процессе высадки
2.3.2. Математическая модель напряженного состояния
в начальной стадии процесса высадки
2.3.3. Математическая модель напряженного состояния
на завершающей стадии процесса высадки
2.3.4. Численная оценка зависимости для определения усилия высадки
2.4. Выводы по главе
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВЫСАДКИ
3.1. Определение сопротивления деформации сталей
бурильных труб
3.1.1. Метод и оборудование для исследований
3.1.2. Проведение исследований и анализ результатов
3.2. Анализ температурного режима высадки
3.3. Экспериментальное определение коэффициента трения
при высадке

3.4. Экспериментальное исследование силовых параметров
высадки
3.5. Сравнительный анализ расчетных и экспериментальных значений длины внутренней переходной зоны высадки
3.6. Оценка влияния отклонения толщины стенки трубы на длину внутренней переходной зоны высадки
3.7. Выводы по главе
4. РАЗРАБОТКА И ПРОВЕРКА МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ВЫСАДКИ
4.1. Разработка методики определения параметров
процесса высадки
4.2. Определение рациональных параметров процесса
деформации при высадке
4.3. Численная реализация методики расчета параметров высадки
4.4. Промышленная проверка методики расчета технологических параметров высадки концов бурильных труб
4.5. Сравнительный анализ технологических возможностей высадочных прессов ОАО «ТАГМЕТ»
4.6. Выводы по главе
5. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВЫСАДКИ
БУРИЛЬНЫХ ТРУБ
5.1. Анализ известных технических решений, направленных
на совершенствование процессов высадки
5.2. Совершенствование конструкции высадочного инструмента
5.3. Совершенствование технологии высадки на прессах 3000 кН
5.4. Совершенствование технологии высадки на прессе 2800 кН
5.5. Оценка эффективности технологических решений
5.6. Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
Жидкие и газообразные полезные ископаемые разведывают и добывают из скважин, глубина которых может составлять от нескольких метров до девяти километров. При этом используют трубы для бурения - бурильные, для крепления стенок скважин от обрушения - обсадные и для доставки добываемого продукта на поверхность - насосно-компрессорные.
Из бурильных труб собирают колонны, при помощи которых передается крутящий момент породоразрушающему инструменту или воспринимается реактивный момент при бурении забойными двигателями. Через бурильную колонну подается на забой промывочный раствор или сжатый воздух для удаления разрушенной породы из скважины. Трубы в колонну собираются при помощи специальных соединительных деталей-замков. Замки с трубами соединяются при помощи резьбы или путем сварки.
Бурильные трубы работают в условиях сложного напряженного состояния растяжения, сжатия, изгиба и кручения. К этому следует добавить наличие факторов присутствия коррозионно-агрессивных сред и низких температур. Все это предъявляет высокие требования к качеству бурильных труб, определяемому нормативными документами (ГОСТ, ТУ). За рубежом используются, как правило, стандарты Американского нефтяного института (АР1). Для усиления места соединения трубы с замком конец трубы подвергают высадке с целью утолщения стенки трубы.
Бурильные трубы являются сложным и дорогостоящим видом трубной продукции, а их качественные характеристики определяют экономические показатели процессов бурения, так как при выходе из строя одной трубы для ремонта колонны проводят последовательное извлечение большого количества труб, осуществляя разборку замковых соединений. После этого, проводят повторную сборку колонны.
Интенсификация процессов и применение новых способов бурения требует производства труб с высокой эксплуатационной стойкостью, которая опре-

Из рисунка 2 видно, что при переходе к цилиндрической системе координат процесс высадки можно рассматривать как процесс осадки высокой полосы толщиной 80 = Еш - г„„ шириной 2п в зазоре между двумя неподвижными плитами, расстояние между которыми равно (7? - г) (рисунок 2 г). В процессе высадки происходит уменьшение высоты полосы на величину Ак и увеличение ее толщины. Ширина полосы при этом не изменяется. Таким образом, имеем задачу с плоскопараллельным течением металла, который можно считать идеально-пластичной средой, так как при горячей деформации допустимо пренебречь изменением сопротивления деформации (считаем, что процесс осадки - изотермический). Одной из проблем, возникающих при моделировании НДС в рассматриваемом процессе, является то, что заранее не известна одна из границ очага деформации, поэтому решение задач подобного класса целесообразно осуществлять методом линий скольжения [47].
Для рассматриваемого случая, когда на поверхности контакта осаживаемой трубы с пуансоном имеет место скольжение в присутствии ненулевых напряжений трения /*, сетка линий скольжения может иметь вид, представленный на рисунке 3.
Рисунок 3 - Сетка линий скольжения при наличии трения на контактной поверхности