Совершенствование методов оценки остаточного ресурса гибких труб колтюбинговых установок

• Автор: Ильиных, Виталий Николаевич
• Шифр специальности: 05.02.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Тюмень
• Количество страниц: 142 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1.Колтюбинговые технологии и проблемы эксплуатации гибких труб
1.2. Математические модели, используемые для описания данных
усталостных испытаний
1.3.Задачи исследования
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА УСТАНОВКИ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ УСТАЛОСТНЫХ ИСПЫТАНИЙ ОБРАЗЦОВ ИЗ ГИБКОЙ ТРУБЫ И ПОСТРОЕНИЕ ТАРИРОВОЧНЫХ ЗАВИСИМОСТЕЙ
2.1. Описание конструкции установки для испытаний образцов из гибкой трубы на усталостную прочность
2.2. Расчет напряжений при консольном изгибе образца, изготовленного из гибкой трубы
2.3. Построение тарировочных зависимостей для стенда усталостных испытаний образцов из гибкой трубы
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИЧЕСКОЙ ПРОЧНОСТИ ОБРАЗЦОВ ИЗ ГИБКОЙ ТРУБЫ
3.1. Определение механических характеристик материала гибкой трубы на основе растяжения образцов прямоугольной формы
3.2. Оценка прочностных характеристик материала гибкой трубы
путем растяжения ее образцов
ГЛАВА 4. ОЦЕНКА УСТАЛОСТНОЙ ПРОЧНОСТИ ОБРАЗЦОВ
ИЗ ГИБКОЙ ТРУБЫ И РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ
ОБРАБОТКИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ

4.1. Изготовление образцов и результаты их испытаний на долго- 76 вечность в условиях консольного изгиба
4.2. Методика обработки данных малоцикловых испытаний образцов на выносливость на основе развития кинетической теории
усталости
ГЛАВА 5. РЕАЛИЗАЦИЯ МЕТОДИКИ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ ИСПЫТАНИЙ ОБРАЗЦОВ ИЗ ГИБКОЙ ТРУБЫ
5.1. Результаты построения кривой малоцикловой усталости на основе испытаний образцов из новой гибкой трубы
5.2. Обработка данных усталостных испытаний изношенных гибких труб
5.3. Разработка методики определения кривых усталости с различной величиной поврежденности и ее реализация
5.4. Методика оценки остаточного ресурса гибких труб с заданной вероятностью неразрушения с учетом истории их нагружения в
эксплуатации
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы. В настоящее время человечество потребляет все большее количество таких ресурсов как нефть, газ и газоконденсат. Повышение добычи этих ресурсов реализуется увеличением глубины скважин, использованием более сложной их структуры. Это приводит к необходимости разработки и применения новых технологий бурения, за-канчивания и освоения скважин. Одним из наиболее перспективных направлений развития нефтегазового оборудования является использование колонны гибких непрерывных металлических труб (колтюбинг). Данная технология применяется как при строительстве скважины, так и при проведении различного рода технологических операций при ремонтных работах на скважинах. Основное преимущество, которое позволяет колтюбингу занимать все большую долю нефтегазосервисного рынка, - это его адаптивность и возможность использования в сложных условиях, когда применение традиционных технологий малоэффективно.
Гибкая труба, с одной стороны, является основой всего комплекса колтюбинга, а с другой, - наиболее критичным его элементом, потеря работоспособности которого ведет к значительным экономическим и производственным затратам. В процессе эксплуатации труба нагружается внутренним давлением, изнашивается, циклически изгибается, накапливая усталостные повреждения. Для обеспечения безопасной и надежной эксплуатации подвески колтюбинга необходимо перед каждой технологической операцией с заданной величиной риска количественно оценивать число циклов, выдерживаемого трубой, с учетом истории ее нагружения за весь период эксплуатации. Для решения этой задачи необходимо знать закономерности изменения прочностных характеристик материала трубы в зависимости от числа циклов деформирования. Подобные данные в настоящее время для материала гибких труб отсутствуют.
Непосредственной подстановкой правых частей зависимостей (2.25) и (2.26) в формулу (2.24), получаем выражение (2.23), что подтверждает корректность полученных зависимостей.
Для определения действующих в образце напряжений в процессе его изгиба на стенде усталостных испытаний, необходимо иметь моменты инерции относительно центра тяжести сечения образца. Принимая во внимание фактические размеры образцов, изготовленных из гибких труб, их симметрию относительно оси г, примем, что центр тяжести фигуры, показанной на рис. 2.6, расположен в точке о,( начало системы координат г, - у,), находящейся от точки о на расстоянии гс. Рассмотрим задачу определения величины гс.
Вычислим статический момент (Бу2) кругового сектора с радиусом г2 относительно оси у, выделив элементарный круговой сектор. Его площадь ( с!А2 ) равна площади треугольника с основанием г2-<А(р и высотой г2:
<М2 = ^-г2й(р-г2, (2.27)
а координата центра тяжести

А2 =уг2 ■ зіп (р. (2.28)
Тогда

-<Мг= І -г25Іпр---г22йф7 = -^-соза

= —г2-$та. (2.29)

Аналогично вычислим статический момент БуХ кругового сектора с радиусом г, относительно оси у. Площадь этого сектора (с/А,) равна площади треугольника с основанием г,-с/<р и высотой г,:
,. 1 , 2 с1А, = --г2(1<р-гг, а координата центра тяжести гсХ =—-гх-5пср.
Статический момент: