Файл: Месенжник Я.З. Кабели для нефтегазовой промышленности.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 170
Скачиваний: 1
(рис. 2). Нагрузки, действующие на кабель, можно подраз делить на следующие:
1.Переменные статические и динамические, действую* щие на рабочую часть кабеля при опускании ее в скважи ну (Роп).
2.Переменные статические и динамические, действую щие на рабочую часть кабеля при его подъеме из скважи ны (Рпод).
3.Статические и динамические, действующие на рабочую часть кабеля при нахождении ее в скважине (Рскв).
4.Нагрузки, действующие на кабель на ролике блокбаланса (Pö.-б).
5.Постоянные статические нагрузки, действующие на
часть кабеля, которая находится под натяжением на бара бане (Р б).
Рис. 2. Профиль скважины:
а —Кавказская геофизическая контора, р-н Грачевский, екв. J4 1; 5-Узгео- физтрест, Наманган.
При опускании кабеля в скважину и подъеме его из нее возможны динамические нагрузки, связанные с внезапным резким торможением барабанов до полной остановки кабеля,
19
его соскакиванием с ролика блок-баланса (при опускании) или соскакиванием витка на барабан лебедки (при подъе ме), сопровождающимися резким ударом кабеля о кромку ротора бурового станка или край обсадной колонны. Кроме того, в скважине кабель также может испытывать динами ческие нагрузки, связанные со спецификой некоторых работ (перфорация, работа с грунтоносами и т. п.). Они, за иск лючением аварийных (соскакивание кабеля с ролика блокбаланса, прихват), могут учитываться при расчете разрыв ного усилия кабеля коэффициентом запаса К, > 2.
На находящуюся на барабане лебедки часть кабеля дей ствует раздавливающая нагрузка; определяется она в осно вном значениями Р оп, Рскв и РПОд. Наиболее велика она при подъеме кабеля из скважины. Максимальная погонная
нагрузка на 1-й от бочки барабана |
виток в |
этом случае |
|
составит |
|
|
|
Рб. max — |
|
+ Рк |
( 1 - 2 - 4 ) |
|
|
||
где RB— средний |
радиус окружности 1-го витка кабеля на |
||
барабане, |
мм: |
кабеля, |
находящихся |
Рк — общий вес (т — 1) витков |
|||
на барабане, |
кгс. |
|
Раздавливающая нагрузка на ролике блок-баланса с диа |
||
метром Dp также определяется Роп» |
Рскв» Рпод И В КажДОМ |
|
отдельном случае пропорциональна |
им и максимальна при |
|
подъеме кабеля из скважины. Исходя из данных [92] |
||
D |
2Р |
|
АГпод^ |
( 1 - 2 - 5 ) |
|
I (б-б) max — гч |
||
Максимальное давление на 1 см- поверхности кабеля на ролике блок-баланса с учетом (1—2—5) составит
2Р, |
1,275 Рпо |
|
Q(«-6) max — |
(б-б) max |
D„ • D„ |
|
rcD„ |
|
(1− 2− 6)
Отношение Dp ,/DK= n у существующих подъемников для различных типов бронированных кабелей колеблется в пре делах 35-Р77. Для кабеля КОБД-4 D« = 8,4 мм, птіП= 35, Dp — 294 мм. При Рпод —0,8 Рразр.
~ |
1,275-0,8-4700 |
, „ . |
, , |
|
, |
, |
Qiб-б) = |
----g 4 É294— = |
1,94 кгс мм2= 194 |
кгс,см2. |
|||
Таким образом, даже при минимальном п |
давление на |
|||||
і см2 кабеля не достигает |
критического |
значения с учетом |
||||
того, что максимально-допустимое сжатие |
кабеля на |
бараба |
||||
не лебедки составляет 1500 кгс\см2 |
[48], |
а отношение диа |
||||
20
метра бочки барабана лебедки к диаметру кабеля соизме римо с п. Вместе с тем в практике необходимо выбирать максимально-возможное п с целью уменьшения напряже ний в элементах конструкции и увеличения долговечности кабеля.
При прохождении кабеля через ролик блок-баланса на него также действует изгибающая нагрузка. Величина соп ротивления изгибу зависит от натяжения кабеля Р и может быть найдена из выражения
Р„зг = КжР, |
( 1- 2- 7) |
где Кж— коэффициент жесткости кабеля, зависящий от его конструкции и возрастающий с увеличением соот ношения DK'Dp .
По данным М. Ф. Глушко, изгибные напряжения каната
определяются по формуле |
|
|
|
|
|
|
% |
= Е ^ К ( ?), |
|
( 1 - 2 - 8 ) |
|||
уточняющей формулу |
Рело |
онзг = Е |
справедливую |
для |
||
пучка несвитых прямых проволок диаметром 8 с |
модулем |
|||||
Юнга Е, при изгибе на шкиве (ролике). |
|
|
||||
Для спиральных канатов |
|
|
|
|
|
|
[К (?) ]та* ■- К |
= ± |
= |
(1 -Г Sin2 ot) COS*. |
(1—2—9) |
||
Видимо, формула М. Ф. Глушко с |
достаточной точно |
|||||
стью может быть применена для |
расчета аИзг каротажных |
|||||
кабелей. |
|
|
|
|
|
10% |
Деформации, вызываемые зИзг> составляют примерно |
||||||
у многожильных и 25% у одножильных кабелей от дефор маций, вызываемых суммарным напряжением от всех растя гивающих усилий.
Для расчета Р0п при опускании кабеля с торможением барабана, кроме составляющих, обусловленных его весом, а также аппаратуры, утяжеляющего груза, вязкостью бурового раствора и силой трения о стенки скважины, в общее урав нение необходимо ввести составляющие, обусловленные гидростатическим давлением, а также температурой, пос кольку время нагрева кабеля до температуры бурового ра створа соизмеримо со временем опускания кабеля. При со
ставлении уравнения отрезком |
кабеля |
между роликом и |
||
скважиной пренебрегаем ввиду его малой длины. |
||||
Допуская, что материал |
изоляционной оболочки Подчи |
|||
няется |
законам гидростатики, в |
частности закону Паска |
||
ля, М. |
Ф. Глушко и Э. А. |
Шахназарян |
определили [43] |
|
21
влияние изоляционной оболочки, подверженной гидростати ческому давлению, на напряженное состояние грузонесущего кабеля. Применяя это допущение для случая нагрева изоляционной оболочки и полагая, что давление от прира щения ее объема одинаково во всех направлениях,а коэф фициенты линейного расширения изоляционных материалов значительно выше, чем у металлической составляющей ка беля, М. Ф. Глушко и Л. М. Мамаев определили [98] сос тавляющую осевой нагрузки в проволоках кабеля, обуслов ленную влиянием осевого температурного напряжения, соз даваемого изоляционной оболочкой.
Дополнительная осевая нагрузка на кабель-канат от
действия гидростатического давления на изоляцию |
кабеля |
(барическая составляющая) Рг-Ст определена в виде |
произ |
ведения суммарной площади изоляционного слоя |
SH3 в по |
перечном сечении кабеля, плотности бурового раствора р и длины погруженной в скважину части кабеля 1. Учитывая,
что |
изоляция |
во |
многих |
случаях |
(кабели |
типов КОБД, |
||
КТБД и др.) покрыта защитной оболочкой, |
имеющей мо |
|||||||
дуль упругости, близкий |
к |
модулю |
упругости изоляцион |
|||||
ной оболочки, |
в общем случае можно считать, что |
|||||||
|
|
|
Рг-ст = |
Биэ-защ • Р • 1. |
(1—2—10) |
|||
Температурная составляющая |
осевой |
нагрузки определена в |
||||||
виде |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
P x - X . k f l . |
|
( 1 - 2 - 1 1 ) |
|||
С учетом изложенного |
|
|
|
|
|
|||
Роп = |
qKl-f Qann + |
Qrp — £ Р тр + S„3-3ani-pl+Xkt 1 , (1 -2 -1 2 ) |
||||||
~ |
(Ч* ~ рѴк) 1; |
Qann = |
Qann |
pVanm Qrp = |
Qrp — pVrp; |
|||
|
E Ртр = |
Рв.ср + Ртр-ет. |
, |
|
|
(1 -2 -1 3 ) |
||
где qKи qK— погонный |
вес кабеля, в жидкостной скважин |
|
ной среде |
и воздухе |
(газе) соответственно, |
кгс/сщ |
|
|
Ѵк — погонный объем кабеля, см3/см или см2\ |
||
Vann, Ѵгр — объемы скважинного |
аппарата и утяжеляю |
|
щего груза соответственно, см*; |
|
|
^ Р тр — суммарная сила трения, обусловленная вяз |
||
костью скважинной среды (Рв.ср.) и касанием кабеля о стен ки скважины (Ртр.ст.), кгс;
Qann’ Qrp’ |
Qann, Qrp—соответственно вес аппарата и груза |
в жидкости |
и в воздухе, |
Агрегатный коэффициент „температурной жесткости“
(кгс • °С~Ѵ) определен М. Ф. Глушко и |
Л. М. Мамаевым в |
виде |
|
Х= 2] ES (ѵ — ф sin2 а) cos а, |
(1—2—14) |
где Е — модуль Юнга, кгс,'см2; |
|
S— площадь поперечного сечения грузонесущего эле мента, см2;
а— угол свивки;
|
E S — жесткость проволок брони |
кабеля (или |
грузоне |
||||||
сущего элемента другой |
конструкции; в |
продольном |
нап |
||||||
равлении; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
К—І—1 |
|
|
|
|
|
|
|
Фі = 2~ (®оѵо 4~ 2 |
t SKvK-f- 8j Vi j , |
(1—2—15) |
||||||
|
|
|
|
K=1 |
|
|
|
|
|
где |
n — радиус |
кабеля в рассматриваемом |
|
слое; |
|
||||
|
80 — диаметр центральной |
проволоки; |
|
|
|
||||
|
К — диаметры |
проволок внутрилежащих слоев; |
|||||||
|
8j — диаметры |
проволок в рассматриваемом слое; |
|||||||
ѵ0, ѵк , vi — коэффициенты |
линейного расширения прово |
||||||||
|
лок соответствующих |
слоев; |
|
|
|
||||
|
Ѵт |
= |
ѴН + |
ТКѵ • Т , |
, |
|
|
( 1 - 2 - 1 6 ) |
|
где |
ѵн ,rvT— коэффициенты линейного расширения |
при |
тем |
||||||
пературах 20 и Т°С, |
°С-1; |
|
|
|
|
|
|
||
ТКѵ — температурный |
коэффициент ѵ, °С-2. |
|
|
|
|||||
X несколько увеличивается с ростом температуры. |
|
|
|||||||
Приблизительный расчет |
Р„,ср и Ртр.ср |
можно |
произвести |
||||||
по формулам [48, 50]. При свободном опускании (без тор
можения) грузонесущего кабеля с |
барабана лебедки в сква |
||||||
жину |
Роп можно |
приблизительно |
оценить из |
условия сво |
|||
бодного разматывания: |
|
|
|
|
|
||
|
Гтр • г < |
Роп • R«, |
- |
|
( 1 - 2 - 1 7 ) |
||
|
Р о п > - ^ - , |
FIp< G s - Кп, |
|
( 1 - 2 - 1 8 ) |
|||
где |
Гтр — сила трения в подшипнике |
лебедки; |
|
||||
|
Gj — вес |
барабана с кабелем; |
|
|
|
||
|
R« — радиус намотки кабеля на барабан; |
|
|||||
|
Кп — коэффициент трения |
в подшипнике лебедки; |
|||||
|
г — радиус подшипника. |
|
|
|
|
||
По |
мере сматывания |
кабеля с |
барабана |
уменьшается |
|||
как Гтр, так и R s. При |
опускании |
кабеля |
в скважину воз |
||||
можен его „перепуск“ после достижения |
им забоя |
(конца |
|||||
скважины) или препятствия. Обнаружить |
это |
при |
опуска |
||||
23
