Влияние геометрии внутренних трещиноподобных дефектов на оценку безаварийной работы длительно эксплуатируемых труб буровой колонны

О. Ю. Витязь, Р. С. Грабовский, В. И. Артым, В. В. Тирлич

Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа, ул. Карпатская, 15, 76019 Ивано-Франковск, Украина

Получена: 31.05.2020; окончательный вариант - 22.10.2020. Скачать: PDF

В статье изложены основы численно-экспериментальной методики для интерпретации результатов технического диагностирования продолжительно эксплуатируемых бурильных труб, содержащих внутренние полуэллиптические трещиноподобные дефекты. Оценку напряжённого состояния в окрестности полуэллиптической трещины, расположенной на внутренней поверхности пустотелого цилиндра, находящегося под действием осевой нагрузки, осуществлено по методу конечных элементов. Определяли напряжённое состояние в окрестности вершины полуэллиптической трещины и на этом основании вычисляли характеристики механики разрушения: $J$-интеграл и коэффициенты интенсивности напряжений. Экспериментально определены условия, при которых возможно разрушение низко- и среднеуглеродистых низколегированных сталей с ферритно-перлитной структурой продолжительно эксплуатируемых бурильных труб групп прочности «К» и «G-105», т.е. установлено критическую трещиностойкость и вычислено величину критического коэффициента интенсивности напряжений. Построены диаграммы оценки риска разрушения в координатах «глубина трещиноподобного дефекта — глубина бурения — коэффициент интенсивности напряжений», которые дают возможность оценить безопасную глубину внутренних полуэллиптических трещиноподобных дефектов, выявленных средствами технического диагностирования с учётом результатов экспериментальных исследований критической трещиностойкости. Установлено, что при спуско-подъёмных операциях отсутствуют условия для разрушения бурильных труб, изготовленных из низко- и среднеуглеродистых низколегированных сталей с ферритно-перлитной структурой и поперечным полуэллиптическим трещиноподобным дефектом, глубина которого не превышает 50% толщины стенки трубы.

Ключевые слова: бурильные трубы, внутренние полуэллиптические дефекты, коэффициент интенсивности напряжений.

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v42/i12/1715.html

PACS: 02.60.Cb, 45.20.-d, 46.70.-p, 62.20.mt, 62.20.Qp, 81.40.Np, 81.70.Bt


ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
  1. S. Lu, Y. Feng, F. Luo, C. Qin, and X. Wang, International J. Fatigue, 27, Iss. 10–12, October–December: 1360 (2005). Crossref
  2. K. A. Macdonald and J. V. Bjune, Engineering Failure Analysis, 14, No. 8: 1641 (2007). Crossref
  3. S. M. Zamani, S. A. Hassanzadeh-Tabrizi, and H. Sharifi, Engineering Failure Analysis., 59, No. 1: 605 (2016). Crossref
  4. В. І. Похмурський, Є. І. Крижанівський, В. М. Івасів, О. М. Карпаш, Б. В. Копей, Я. С. Коцкулич, Б. Д. Малько, Ю. В. Міронов, Ю. Д. Петрина, Механіка руйнування і міцність матеріалів: довідн. посіб. (Ред. В. В. Панасюк). Том 10: Міцність та довговічність нафтогазового обладнання (Львів–Івано-Франківськ: Фізико-механічний ін-т ім. Г. В. Карпенка НАН України, Івано-Франківський націон. техн. ун-т нафти і газу: 2006).
  5. Механика разрушения и прочность материалов: Справ. пособие в 4-х томах (Ред. В. В. Панасюк) (Киев: Наукова думка: 1988).
  6. Ускладнення і брак в роботі під час буріння свердловин в БУ «УКРБУРГАЗ», Інформаційний бюлетень про аварії за 2016 рік.
  7. Інформаційний бюлетень про аварії, ускладнення і брак в роботі під час буріння свердловин в БУ «УКРБУРГАЗ» за 2015 рік.
  8. Г. П. Черепанов, Механика хрупкого разрушения (Москва: Наука: 1974).
  9. J. Rice, J. Appl. Mechanics, 35: 379 (1968). Crossref
  10. Е. М. Морозов, А. Ю. Муйземнек, А. С. Шадский, ANSYS в руках инженера: Механика разрушения (Москва: ЛЕНАНД: 2010).
  11. ASTM E1737-96. Standard Test Method for J-Integral Characterization of Fracture Toughness (American Society for Testing and Materials: 1996).
  12. Ya. Friedman, Mechanical Properties of Metals. Mechanical Tests. Design Durability (Moscow: Mechanical Engineering: 1974), vol. 2.
  13. О. Ю. Витязь, Р. С. Грабовський, В. В. Тирлич, В. І. Артим, Науковий вісник Івано-Франківського національного технічного університету нафти і газу, № 1 (44): 25 (2018). Crossref
  14. В. М. Мойсишин, К. Г. Левчук, Вібрації в техніці та технологіях, № 3(75): 84 (2014).
  15. Mohamed Ali Bouaziz, Mohamed Amine Guidara, Christian Schmitt, Ezzeddine Hadj Taïeb, Zitouni Azari, and Ihor Dmytrakh, Fatigue and Fracture of Engineering Materials and Structures, 42, Iss. 4: 792 (2019). Crossref
  16. К. Г. Левчук, Металлофиз. новейшие технол., 40, № 5: 701 (2018). Crossref
  17. M. Moisyshyn, B. Borysevych, and R. Shcherbiy, Multifactorial Mathematical Model of Mechanical Drilling Speed, in Mining of Mineral Deposits (Eds. G. Pivnyak, V. Bondarenko, I. Kovalevs’ka, and M. Illiashov) (London: CRC Press: 2013), p. 359. Crossref
  18. V. Moisyshyn and K. Levchuk, Min. Min. Dep., No. 10(3): 65 (2016). Crossref