Вплив геометрії внутрішніх тріщиноподібних дефектів на оцінювання безаварійної роботи тривало експлуатованих труб бурової колони

О. Ю. Витязь, Р. С. Грабовський, В. І. Артим, В. В. Тирлич

Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу, вул. Карпатська, 15, 76019 Івано-Франківськ, Україна

Отримано: 31.05.2020; остаточний варіант - 22.10.2020. Завантажити: PDF

У статті викладено основи чисельно-експериментальної методики для інтерпретації результатів технічного діягностування тривало експлуатованих бурильних труб, що містять внутрішні напівеліптичні тріщиноподібні дефекти. Оцінку напруженого стану в околі напівеліптичної тріщини, розташованої на внутрішній поверхні пустотілого циліндра, що знаходиться під дією осьового навантаження, здійснено за методом скінченних елементів. Визначали напружений стан в околі вершини напівеліптичної тріщини і на цій основі обчислювали характеристики механіки руйнування: $J$-інтеґрал та коефіцієнти інтенсивності напружень. Експериментально визначено умови, за яких можливе руйнування низько- та середньовуглецевих низьколеґованих сталей із феритно-перлітною структурою бурильних труб груп міцності «К» та «G-105», що тривало експлуатувалися, тобто встановлено критичну тріщиностійкість, та обчислено величину критичного коефіцієнта інтенсивності напружень. Побудовано діаграми оцінки ризику руйнування у координатах «глибина тріщиноподібного дефекту — глибина буріння — коефіцієнт інтенсивності напружень», які дозволяють оцінити безпечну глибину внутрішніх напівеліптичних тріщиноподібних дефектів, виявлених засобами технічного діягностування з урахуванням результатів експериментальних досліджень критичної тріщиностійкості. Встановлено, що у разі спуско-підіймальних операцій відсутні умови для руйнувань бурильних труб, які виготовляють з низько- та середньовуглецевих низьколеґованих сталей із феритно-перлітною структурою, з поперечним напівеліптичним тріщиноподібним дефектом, глибина якого не перевищує 50% товщини стінки труби.

Ключові слова: бурильні труби, внутрішні напівеліптичні дефекти, коефіцієнт інтенсивності напружень.

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ua/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


ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  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