Разработка расчетно-методического комплекса для мониторинга несущей способности обсадных колонн
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты, полученные при разработке методик расчета на прочность поврежденных обсадных колонн, оформлялись в виде отчетов о НИР и защищались на заседаниях ученого совета ОАО «СевКавНИПИгаз» (с 1998 по 2003 годы) — результаты исследований напряженно-деформированного состояния поврежденных обсадных труб и расчетов коэффициентов концентрации напряжений докладывались на 17-ой… Читать ещё >
Содержание
- ГЛАВА 1. НЕОБХОДИМОСТЬ ПЕРЕХОДА ОТ КЛАССИЧЕСКИХ МЕТОДОВ РАСЧЕТА ОБОЛОЧЕК НА ПРОЧНОСТЬ К МЕТОДУ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
- 1. 1. Классический подход в задачах расчета на прочность цилиндрических оболочек
- 1. 2. Основы метода конечных элементов
- ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ОБСАДНЫХ 34 ТРУБ, ИМЕЮЩИХ ДЕФЕКТЫ ФОРМЫ
- Преамбула
- 2. 1. Исследование напряженно-деформированного состояния обсадных труб, имеющих деформированное поперечное сечение, ^ методом конечных элементов
- 2. 1. 1. Краткий анализ литературы и обоснование расчетной схемы
- 2. 1. 2. Алгоритм расчета коэффициентов снижения несущей способности
- 2. 1. 3. Порядок построения конечно-элементной модели овальных труб
2.1.4 Исследование напряженно-деформированного состояния, возникающего под действием избыточных наружного и внутреннего давлений в обсадной трубе диаметром 244,5 мм, имеющей нормативное значение овальности поперечного сечения.
2.1.5 Исследование напряженно-деформированного состояния, возникающего под действием избыточных наружного и внутреннего давлений в обсадной трубе диаметром 244,5 мм, имею- ^ щей деформированное поперечное сечение.
2.1.6 Алгоритм получения выражений для определения коэффициентов снижения несущей способности.
ВЫВОДЫ.
2.2 Исследование напряженно-деформированного состояния обсадных труб, имеющих на внутренней поверхности желобообраз- ^ ную выработку.
2.2.1 Результаты имеющихся в отрасли аналитических и экспериментальных исследований несущей способности поврежден- ^ ных труб.
2.2.2 Исследование напряженно-деформированного состояния обсадных труб с желобообразной выработкой на внутренней поверхности методом конечных элементов.
2.2.2.1 Расчетная схема и порядок построения конечно-элементной модели.
2.2.2.2 Исследование напряженно-деформированного состояния, возникающего в обсадной трубе диаметром 177,8 мм с желобообразной выработкой на внутренней поверхности, под действием избыточных наружного и внутреннего давлений.
2.2.2.3 Алгоритм расчета коэффициентов снижения несущей способности и сравнение результатов расчета предельного наружного давления для поврежденных труб с эксперименталь- ^ ными данными.
ВЫВОДЫ.
ГЛАВА 3. ЛОКАЛЬНЫЕ ДЕФЕКТЫ. ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ОБСАДНЫХ ТРУБ, ИМЕЮЩИХ ПОРЕЗЫ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ВООРУЖЕНИЕМ БУРОВОГО ИНСТРУМЕНТА.
3.1 Концентрация напряжений в зонах порезов и результаты имеющихся в отрасли экспериментальных исследований их влияния на несущую способность обсадных труб.
3.2 Исследование методом конечных элементов напряженно-деформированного состояния обсадных труб, имеющих порезы внутренней поверхности.
3.2.1 Обоснование расчетной схемы и порядок построения конечноэлементной модели.
3.2.2 Исследование напряженно-деформированного состояния, возникающего под действием избыточного внутреннего давления в обсадной трубе диаметром 244,5 мм, имеющей U-образный порез внутренней поверхности.
3.2.3 Исследование напряженно-деформированного состояния, возникающего под действием избыточного внутреннего давления в обсадной трубе диаметром 244,5 мм, имеющей V-образный порез внутренней поверхности.
3.2.4 Особенности напряженного состояния поврежденных обсадных труб, работающих на избыточное наружное давле
3.2.5 Алгоритм расчета коэффициентов снижения несущей способности
3.2.6 Сравнение полученных результатов с экспериментальными данными. 0/
ВЫВОДЫ.
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ОБСАДНЫХ ТРУБ, ИМЕЮЩИХ ОБЩЕЕ КОРРОЗИОННОЕ ПОВРЕЖДЕНИЕ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ.
4.1 Анализ литературы, посвященной исследованию коррозии трубопроводных систем и ее влияния на характеристики металла
4.2 Расчетная схема для исследования влияния снижения жесткости корродированных обсадных труб и математическая модель их несущей способности.
4.2.1 Анализ соответствия рассмотренной расчетной схемы условиям работы участков труб, входящих в муфтовое соединение
4.2.2 Определение площади поперечного сечения кольца.
4.2.3 Результаты расчета коэффициентов концентрации напряжений. HI
4.3 Исследование коррозионного повреждения как геометрического концентратора напряжений методом конечных элементов.
4.3.1 Моделирование гладкой поверхности коррозионного повреждения. из
4.3.2 Моделирование шероховатости поврежденной поверхности
4.3.3 Результаты расчетов коэффициентов концентрации напряжений при учете коррозионного повреждения общепринятым в отрасли способом.
4.4 Получение основных положений методики расчета труб, имеющих общее коррозионное повреждение внутренней поверхности.
4.4.1 Анализ полученных результатов.
4.4.2 Роль муфтовых соединений в напряженном состоянии поврежденных труб, работающих на избыточное наружное давление.
4.4.3 Основные положения методики расчета параметров остаточной прочности труб, имеющих общее коррозионное повреждение внутренней поверхности.
ВЫВОДЫ.
ГЛАВА 5. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ОСТАТОЧНОЙ ПРОЧНОСТИ ОБСАДНЫХ ТРУБ, ИМЕЮЩИХ СОЧЕТАЮЩИЕСЯ ВИДЫ ПОВРЕЖДЕНИЙ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ.
Преамбула.
5.1 Результаты исследования напряженно-деформированного состояния и рекомендации по расчету обсадных труб, имеющих сочетающиеся механические повреждения внутренней поверхности.
5.2 Рекомендации по расчету труб, имеющих механические повреждения, сочетающиеся с коррозионным износом. ^
5.2.1 Сочетание коррозионного износа с единичным механическим повреждением внутренней поверхности.
5.2.2 Сочетание коррозионного износа с механическими повреждениями внутренней поверхности.
ВЫВОДЫ.
ГЛАВА 6. ПОЛУЧЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ВЫРАЖЕНИЙ ДЛЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ СНИЖЕНИЯ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ К НАРУЖНОМУ И ВНУТРЕННЕМУ ИЗБЫТОЧНЫМ ДАВЛЕНИЯМ ОБСАДНЫХ ТРУБ, ИМЕЮЩИХ ДЕФОРМИРОВАННОЕ ПОПЕРЕЧНОЕ СЕЧЕНИЕ ИЛИ ЖЕЛОБООБРАЗНУЮ ВЫРАБОТКУ НА ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ.
6.1 Результаты расчетов и статистической обработки массивов значений коэффициентов снижения несущей способности к наружному К] и внутреннему К2 избыточным давлениям обсадных труб, имеющих деформированное поперечное сечение.
6.1.1 Значения коэффициентов в формуле, обобщающей полученные выражения для расчетов коэффициентов снижения несущей способности. 1^
6.2 Результаты расчетов и статистической обработки массивов значений коэффициентов снижения несущей способности к наружному К] и внутреннему К2 избыточным давлениям обсадных труб, имеющих на внутренней поверхности желобообразную выработку замковыми соединениями бурильных труб.
6.2.1 Значения коэффициентов в формуле, обобщающей полученные выражения для расчетов коэффициентов снижения несущей способности.
ГЛАВА 7. ПОЛУЧЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ВЫРАЖЕНИЙ ДЛЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ СНИЖЕНИЯ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ К НАРУЖНОМУ И ВНУТРЕННЕМУ ИЗБЫТОЧНЫМ ДАВЛЕНИЯМ ОБСАДНЫХ ТРУБ, ИМЕЮЩИХ ПОРЕЗЫ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ВООРУЖЕНИЕМ БУРОВОГО ИНСТРУМЕНТА.
7.1 Результаты расчетов и статистической обработки массивов значений коэффициентов снижения несущей способности к наружному К[ и внутреннему Кг избыточным давлениям обсадных ^ труб с U-образным порезом внутренней поверхности.
7.1.1 Значения коэффициентов в формуле, обобщающей полученные выражения для расчетов коэффициентов снижения несущей способности.
7.2 Результаты расчетов и статистической обработки массивов значений коэффициентов снижения несущей способности к наружному К] и внутреннему Кг избыточным давлениям обсадных труб с V -образным порезом внутренней поверхности.
7.2.1 Значения коэффициентов в формуле, обобщающей полученные выражения для расчетов коэффициентов снижения несущей способности.
ГЛАВА 8. ПОЛУЧЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ВЫРАЖЕНИЙ ДЛЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ СНИЖЕНИЯ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ К ВНУТРЕННЕМУ ИЗБЫТОЧНОМУ ДАВЛЕНИЮ ОБСАДНЫХ ТРУБ, ИМЕЮЩИХ ОБЩЕЕ КОРРОЗИОННОЕ ПОВРЕЖДЕНИЕ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ.
8.1 Результаты расчетов и статистической обработки массивов значений коэффициентов снижения несущей способности к внутреннему избыточному давлению К2 для зацементированных обсадных труб с общим коррозионным повреждение внутренней поверхности.
8.1.1 Значения коэффициентов в формуле, обобщающей полученные выражения для расчетов коэффициентов снижения несущей способности.
8.2 Результаты расчетов и статистической обработки массивов значений коэффициентов снижения несущей способности к внутреннему избыточному давлению Кг для незацементированных обсадных труб с общим коррозионным повреждение внутренней поверхности.
8.2.1 Значения коэффициентов в формуле, обобщающей полученные выражения для расчетов коэффициентов снижения несущей способности.
ГЛАВА 9. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ РЕСУРСА ОБСАДНЫХ КОЛОНН С ОБЩИМ КОРРОЗИОННЫМ ИЗНОСОМ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ПО НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ.
- 2. 1. Исследование напряженно-деформированного состояния обсадных труб, имеющих деформированное поперечное сечение, ^ методом конечных элементов
Список литературы
- Инструкция по расчету обсадных колонн для нефтяных и газовых скважин Текст.: взамен РД 39−7/1−0001−89: утв. 18.09.96: ввод, в действие с 01.07.97.-М.:ВНИИГАЗ, 1997.-194 с.
- Временная инструкция по расчету изношенных обсадных колонн Текст.: утв. зам. генерального директора «Грознефть» A.M. Гончаренко: ввод, в действие с 18.11.1975. Грозный: СевКавНИПИнефть, 1975. — 10 с.
- Кисельман, M.JI. Износ и защита обсадных колонн при глубоком бурении Текст./ M.JI. Кисельман М.: Недра, 1971. -210 с.
- Измайлов, Л.Б. Методы повышения долговечности обсадных колонн Текст./ Л. Б. Измайлов М: Недра, 1984. — 183 с.
- Песляк, Ю.А. Расчет напряжений в колоннах труб нефтяных скважин Текст. / Ю. А. Песляк. М.: Недра, 1973.- 216 с.
- Мамедов, А. А. Предотвращение нарушений обсадных колонн Текст. / А. А. Мамедов М.: Недра, 1990. — 240 е.).
- ГОСТ 632–80. Трубы обсадные и муфты к ним Текст. Взамен ГОСТ 632–64- введ. 1986−01.01. — М.: Изд-во стандартов, 1986.
- Техническое состояние крепи скважин на месторождениях и ПХГ: проблемы и их решение Текст. / В. В. Климов // Обзор, информ. сер. Бурение газовых и газоконденсатных скважин. М.: ИРЦ Газпром, 2001. — 65 с.
- Биргер, И.А. Техническая диагностика Текст. / И. А. Биргер.- М.: Машиностроение, 1978, — 234 с.
- Пономарев, С.Д. Расчеты на прочность в машиностроении Текст. В 3 т. Т. З. Инерционные нагрузки, колебания и ударные нагрузки, выносливость, устойчивость / С. Д. Пономарев, В. Л. Бидерман, К. К. Лихарев [и др.] -М.: Машгиз, 1959.-1118 с.
- Физическое металловедение. Вып. 2: Фазовые превращения. Металлография: пер с англ. под ред. д.т.н. И. И. Новикова. / Под ред. Р. Кана М., Мир, 1968.-490 с.
- Новожилов, В.В. Теория тонких оболочек Текст. / В. В. Новожилов -М.: Гос. изд. судостроительной лит., 1951.-344 с.
- Машиностроение. Энциклопедия в сорока томах. Книга 1: Динамика и прочность машин. Теория механизмов и машин / Ред. совет: К. В. Фролов, К. С. Колесников, А. П. Гусенков М., Машиностроение, 1994. — 533 с.
- Зенкевич, O.K. Метод конечных элементов в технике Текст. / O.K. Зенкевич-М.: Мир, 1975.-541 с.
- Оден, Дж. Конечные элементы в механике сплошных сред Текст. / Дж. Оден М.: Мир, 1976. — 464 с.
- Расчет параметров остаточной прочности обсадных колонн Текст. /Н.Г. Федорова // Нефтяное хозяйство. 2003. — № 6. — С. 40−41.
- Бояршинов, С.В. Основы строительной механики машин Текст .: учебное пособие для студентов машиностроительных специальностей вузов / С. В. Бояршинов. -М.: Машиностроение, 1973. -456 с.
- Вольмир, А.С. Устойчивость деформируемых систем Текст .: / А. С. Вольмир. 2-е изд. перераб. и доп.- М.: Наука, Гл. ред. физико-математ. лит., 1967.-984 с.
- Еременко, Т.Е. Крепление нефтяных и газовых скважин Текст.: / Т. Е. Еременко М.: Недра. 1965.- 214 с.
- Тимошенко, С.П. Сопротивление материалов Текст. В 2 т. Т.1. Элементарная теория и задачи: [пер. с англ. В. Н Федорова с третьего америк.издания. / Степан Тимошенко. М.: Наука, Гл. ред. физико-математ. лит., 1965.-363 с.
- Инструкция по расчету обсадных колонн на особые условия эксплуатации Текст.: ВРД 39−1.9−048−2001: утв. Членом правления ОАО «Газпром» Б. А. Никитиным 26.07.2001 г.: ввод в действие с 05.12.2001.г.- М.: ИРЦ Газпром, 2001.-42 с.
- Зубарев, А.В. и др. Одношарошечные долота Текст. / А. В. Зубарев -М.:Недра, 1971.-176 с.
- Проблемы надежности и технологической безопасности газотранспортных систем Текст.:/ В. В. Харионовский. // Надежность газопроводных конструкций: сб. науч. тр./ ВНИИгаз. М., 1998. -С. 6−25.
- Будников, В.Ф. Анализ влияния оползней на устойчивость газопроводов Текст. / В. Ф. Будников, А. Н. Москалев, М. И. Васильев // Надежность газопроводных конструкций: сб. науч. тр. / ВНИИгаз. М.: Вниигаз, 2000. -С. 7−10.
- Дефекты в магистральных трубопроводах Текст. / A.M. Шарыгин // Обз. информ. Сер. Транспорт и хранение газа.- М.: ИРЦ Газпром, 2000. 50 с.
- Анализ методов оценки работоспособности газопроводов с дефектами Текст. / М. А. Широков. // Надежность газопроводных конструкций: сб. науч. тр. / Вниигаз. М.: Вниигаз, 2000. -С. 40−54.
- Эйлертс, С.К. Коррозионная стойкость легированных сталей по отношению к газоконденсатным жидкостям Текст.: [пер. с англ.] Часть I / С. К. Эйлертс, ф. Грин, Ф. Г. Арчер [и др.] М.: ВНИИгаз, 1963. -30 с.
- Кац, A.M. Теория упругости Текст. / A.M. Кац. М.: Гос. Изд-во технико-теорет. лит., 1956.- 207 с.
- Тимошенко, С.П. Пластинки и оболочки: пер. с англ. В.И. Контов-та- под ред. Г. С. Шапиро. [Текст] / С. П Тимошенко, С. Войновский-Кригер. -М.: изд-во «Наука», Гл. ред. физико-математ. лит., 1966. 635 с.
- Специальные высокогерметичные резьбовые соединения ФОКС. Кавасаки Стал Корпорейшн и Хантинг ОйлФилд Сервис (СК), Лтд. Япония, 1−1, Кавасаки-тё, 1986. — 65 с.
- Булатов, А.И. Проблемы механики крепления и цементирования нефтяных и газовых скважин Текст. / А. И. Булатов, С. А. Шаманов. Краснодар: Просвещение-Юг, 2001. — 376 с.
- Дарков, А.В. Сопротивление материалов: учеб. для заочных высш. техн. заведений Текст. / А. В. Дарков, Г. С. Шпиро. М.: Изд-во. Высшая школа, 1965.-762 с.
- Федорова, Н.Г. Увеличение несущей способности обсадных труб за счет установки упрочняющих колец Текст. /Н.Г. Федорова Н. Г., В.Е. Дубен-ко //Сб. науч. тр./ ВНИИгаз. М.: ВНИИгаз, 1996.
- Сароян, А.Е. Трубы нефтяного сортамента: справочник. Текст. / А. Е. Сароян, Н. Д. Щербюк, Н. В. Якубовкий [и др.]. — под общ. ред. А.Е. Са-рояна. М.: Недра, 1997.- 488 с.
- Коллинз, Дж. Повреждение материалов в конструкциях. Анализ, предсказание, предотвращение Текст.: [ пер. с англ. A.M. Васильева] / Джек Коллинз. М.: Мир, 1984.- 624 с.
- Федорова, Н.Г. Прогнозирование ресурса обсадных колонн Текст. / Н. Г. Федорова // Газовая промышленность. 2004.- № 11. — С. 69−72.
- Федорова, Н.Г. Принцип прогнозирования остаточного ресурса конструкций с общим коррозионным повреждением по их несущей способностии его применение к расчетам обсадных колонн Текст. / Н. Г. Федорова // Нефтяное хозяйство. 2005.- № 9. — С. 196−197.
- Федорова, Н.Г. Несущая способность обсадных труб при общем коррозионном повреждении их внутренней поверхности Текст. / Н. Г. Федорова // Нефтяное хозяйство. 2004. — № 5. — С.32−35.
- Прочность газопромысловых труб в условиях коррозионного износа Текст.: / Э. М Гутман, Р. С. Зейнуллин, А. Т. Шаталов [и. др.] // Сер. Надежность и качество. М.: Недра, 1984. — 74 с.