Математическое моделирование напряженно-деформированного состояния в обсадной трубе

• Автор: Колесников, Владимир Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Ставрополь
• Количество страниц: 191 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ.
ГЛАВА I. АКТУАЛЬНОСТЬ ЗАДАЧИ ПО УТОЧНЕНИЮ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КРИТИЧЕСКИХ ДАВЛЕНИЙ ДЛЯ ОБСАДНЫХ ТРУБ.

1.1. Определение критических давлений для отечественных обсадных труб.

1.2. Определение критических давлений для импортных обсадных труб.

1.3. Анализ расхождений в результатах расчетов критических давлений для обсадных труб по формуле Г. М. Саркисова и по формулам АР.

ГЛАВА II. МОДИФИКАЦИЯ ФОРМУЛЫ Г. М. САРКИСОВА

2.1. Модификация формулы Г. М. Саркисова для расчета критических давлений обсадных труб повышенной точности изготовления.
2.1.1 Вывод формул для расчета геометрических параметров 5тп и р овалыюразностенпой трубы
2.1.2 Алгоритм расчета геометрических параметров 5тп, , е и р овальноразиостенной трубы.

2.1.3 Программная реализация на языке С.

2.2. Сравнение и анализ результатов расчетов критических давлений по традиционной и модифицированной формулам Г. М. Саркисова
ГЛАВА III. ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС АНБУБ И ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В РАСЧЕТАХ КРИТИЧЕСКИХ ДАВЛЕНИЙ ДЛЯ ОБСАДНЫХ ТРУБ.
3.1. Обзор программного комплекса АИБУБ.
3.2. Математические основы решения задач теории упругости в программном комплексе АЫБУБ.
3.3. Математическая модель обсадной трубы.
3.3.1 Построение геометрической и конечноэлементной модели обсадной трубы.
3.3.2 Графическое представление результатов расчета.
3.4. Программа Расчет обсадных труб на прочность для расчета критических давлений обсадных труб.
ГЛАВА IV. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ КРИТИЧЕСКИХ ДАВЛЕНИЙ ОТ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТРУБ
4.1. Проверка достоверности расчетов критических давлений для обсадных труб по программе Расчет обсадных труб на прочность.
4.1.1. Сравнение результатов расчетов с экспериментальными данными Т. Е. Еременко и Ф. И. Яковлева.
4.1.2. Сравнение результатов расчетов с экспериментальными данными для обсадных труб изготовленных по стандарту АР
4.1.3 Выводы по результатам сравнений расчетов с экспериментальными данными
4.2. Исследование по программе Расчет обсадных груб на прочность влияния овальности, разностенности поперечного сечения и коэффициента толстостенности на величину критического давления для обсадных
ГЛАВА V. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОГРАММЫ РАСЧЕТ ОБСАДНЫХ ТРУБ НА ПРОЧНОСТЬ.
5.1 Расчет по программе Расчет обсадных труб на прочность критических давлений для сортамента обсадных труб изготовленных по ГОСТ
5.2. Расчет по программе Расчет обсадных труб на прочность критических давлений для сортамента обсадных труб изготовленных по стандарту АР1
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


В заключении кратко перечисляются результаты научного исследования по теме диссертации. В приложении, содержащем четыре пункта, приводятся листинги кода для построения математической модели обсадной трубы в программном комплексе и программы Расчет обсадных труб на прочность разработанной в среде v i . В третьем пункте представлено свидетельство государственной регистрации названной программы для ЭВМ. В последнем пункте представлен акт о внедрении результатов диссертации. ГЛАВА I. Обсадные колонны предназначены для изоляции и предотвращения разрушения стенок крепления скважин. Перед спуском в скважину каждая обсадная колонна рассчитывается на прочность в соответствии с действующим нормативным документом . Расчеты выполняются на основные виды нагрузок, которые испытывают трубы обсадных колонн при спуске, выполнении основных операций в скважине и их эксплуатации. Конструкция обсадной колонны должна быть рациональна. С одной стороны, трубы должны иметь прочностные параметры, соответствующие эксплуатационным нагрузкам. Это обеспечит их безотказную эксплуатацию. С другой стороны, трубы не должны иметь завышенных прочностных показателей. Это приводит к перерасходу металла, повышенным требованиям к физикомеханическим характеристикам металла, а, в общем, к увеличению стоимости колонн. Трубы рассчитываются на осевые нагрузки включая температурные, наружное и внутренне избыточное давления. Одной из основных эксплуатационных нагрузок для труб обсадных колонн являются избыточное наружное и внутреннее давления. Сравним формулы, по которым рассчитываются предельные величины наружного и внутреннего давлений для отечественных и импортных груб. Предельная величина внутреннего давления рассчитывается для отечественных и импортных труб по одной и гой же формуле. Наружное критическое давление по разным формулам. В обсадной трубе возникают три основных напряжения тангенциальное, радиальное и осевое рисунок 1 4, , , , . И если под действием наружного давления напряжения, возникающие в обсадной трубе, превышают предел текучести материала то можно ожидать разрушение трубы. Такое наружное давление в отечественной литературе называют критическим давлением, а в зарубежной разрушающим давлением . Под критическим давлением понимается такое внешнее всестороннее избыточное давление на трубу, которое в наиболее опасной точке ее сечения вызывает появление напряжения, равного пределу текучести материала трубы. Превышение критического давления вызывает появление необратимых деформаций. С дальнейшим увеличением давления зона пластических деформаций развивается и труба утрачивает свою первоначальную форму происходит ее смятие , . Рис. Для предотвращения разрушения колонн необходимо знать величину минимального критического давления 2, . Поперечное сечение обсадных труб имеет овальность и разностснность, регламентируемые стандартами 5, , . И проблеме определения для них критического давления посвящались экспериментальные и теоретические работы многих авторов 7, , , , . В 1ой главе рассматриваются методы расчета критического давления для обсадных труб. Проводится сравнение результатов его определения по рассмотренным в главе методам. Рассмотрим метод, используемый в отечественных газовой и нефтяной отраслях, для расчета овальноразностенных обсадных труб на наружное критическое давление. На данный момент, в соответствии с инструкциями по расчету обсадных труб на критическое наружное давление И, при котором наибольшее напряжение достигает предела текучести материала, определяют по формуле Г. Формула 1 была получена из формулы 2 путем внесения в нее, найденного экспериментально, поправочного коэффициента равного 1,1. ГОСТом 2 5, где задаваемый для нее нижний предел обычно и принимается за вводимую величину. Екрар
Расчетные толщины б0 и 6тп определяются через номинальную толщину стенки 6. При определении расчетных толщин Г. Д возможная наименьшая толщина стенки равностенной трубы и отрицательный допуск на толщину стенки в . Ь наибольший и наименьший наружные диаметры трубы, располагающиеся под прямым углом друг к другу , .