Файл: Мамедов, А. А. Нарушения обсадных колонн при освоении и эксплуатации скважин и способы их предотвращения.pdf

При r-^oo и 01 = 0 уравнение (299) примет вид

Так как pD/28 = Gt, получим

<зо°»

Выражение (300) совпадает с формулой, полученной в ра­ боте [62], что свидетельствует о правильности выполнения проведенных выше расчетов.

Как указано в работе [62], предложенный метод позволяет находить критические нагрузки с точностью до постоянного множителя. Сравнив значение (ог)*, определяемое формулой (300), с критическими напряжениями а, полученными Гриф­ фитсом с помощью теории упругости (272), находим указан­ ный постоянный множитель а/ (а*) *=0,65.

Выражение (300) можно получить также силовым мето­ дом, используя найденное в работе [84] напряженное состояние цилиндрической оболочки с трещиной.

Выполненный расчет критического внутреннего давления проведен фактически для свернутой в трубу пластины, рас­ пределение номинальных напряжений в которой соответствует распределению номинальных напряжений в трубе. Таким обра­ зом, результат, который может быть получен с помощью си­ лового метода, должен отличаться от результата, получаемого по формуле (300), так как в нем учитывается влияние кривиз­ ны оболочки на величину критической нагрузки.

J68

Отметим, что формула (302) получена при условии

(303)

7 7 л ^ 2 , 1

Дальнейшие выводы будут справедливы при выполнении неравенства (303).

Зависимость (302) отличается от известной формулы Гриф-

А,2

фитса (272) лишь множителем 1+0,4 — , который отражает

влияние кривизны поверхности трубы на величину критиче­ ской нагрузки. Следовательно, учитывая множители в уравне­ нии (299), найдем окончательную расчетную формулу

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ЭФФЕКТИВНОЙ ПОВЕРХНОСТНОЙ ЭНЕРГИИ МАТЕРИАЛА ТРУБ

Полученная теоретическим путем формула (304) позволяет находить критические длины трещим в обсадных трубах, на­ груженных внутренним давлением, если известно значение плотности эффективной поверхности энергии их материала р. Так как в настоящее время значение р для материала обсад­

щин и их герметизации, оборудован специальный стенд, поз­ воляющий разрушать патрубки с трещинами внутренним дав­ лением [54].

Чтобы проверить правильность получаемых значений р для материала труб и применимость разработанной методики, экс­ перименты проводили параллельно на патрубках из насосно­ компрессорных труб и плоских образцах (дисках). Методика проведения экспериментов и теоретические расчетные форму­ лы для определения р с помощью дисков детально разработа­ ны и опробированы в [42]. Патрубки из насосно-компрессорных труб и диски были изготовлены из одинакового материала и подвергнуты термообработке по одному и тому же режиму. В процессе термообработки происходило значительное упроч­ нение материала.

Разработка методики проведения экспериментов

Для проведения экспериментов был создан стенд, позво­ ляющий испытывать патрубки на внутреннее давление (рис. 37). Стенд включал плунжерный насос i, компенсатор 2,

предназначенный для уменьшения колебаний давления в си­ стеме во время работы насоса, и приспособление 3, на котором монтировались разрушаемые патрубки. Перед манометром 4 располагался демпфер 5, предохраняющий манометр от по­ вреждений при скачкообразном падении давления в системе в момент разрушения патрубка. Демпфер представлял из себя резьбовую втулку с ввернутым в нее штифтом. При разруше­ нии патрубка стрелка манометра, двигавшаяся вначале быст­ ро, в конце шкалы замедляла свое движение и в нулевое по­ ложение возвращалась плавно.

170

Схема приспособления для разрушения патрубков пред­ ставлена на рис. 38. Внутрь испытываемого отрезка трубы 1 помещен стержень 2. По каналу стержня (2) жидкость, пода­ ваемая насосом, поступает в полость между стержнем и па­ трубком. Полость герметизируется с помощью распорных ко­ лец 3, манжет 4 и гаек 5.

Рис. 38. Приспособление для разрушения внутренним давле­ нием патрубков с трещиной

В процессе испытания патрубки доводили до разрушения, при этом фиксировали разрушающее давление. Работа велась с насосно-компрессорными трубами диаметром 60,3 мм с тол­ щиной стенки 5 мм, изготовленными из трубной стали марки 36Г2С. Выбор диаметра был сделан из соображений удобства проведения экспериментов. Учитывали также общность техно­ логии изготовления труб нефтяного сортамента, близость отно­ шений диаметра и толщины стенки у труб диаметрами 60,3; 146 и 168 мм, а также аналогичность применяемого материала.

В средней части отрезка трубы по одной из образующих создавалась трещина. Методику создания трещины разработа­

зуются переменные нагрузки, приводящие к усталостному раз­ рушению, распространяющемуся на часть сечения образца. Применяют также пластическое деформирование материала до появления в нем вязких надрывов [13]. Кроме того имеются методы создания трещин в процессе испытания. При этих ме­ тодах трещины получают разрушением хрупких участков об­ разцов.

Из перечисленных способов получения искусственных тре­ щин приемлемым для труб оказался метод вязких надрывов. Получение усталостной трещины вдоль одной образующей свя­ зано с преодолением значительных технических затруднений. Инсценирование трещины в процессе испытания не дает воз­ можности установить ее первоначальные размеры [88].

7* 171

ле осуществления взрыва в вершинах надреза появились тре­ щины нужной длины. В качестве заряда использовался дето­ нирующий шнур ДШВ.

Для получения трещины большой длины надрез наносился фрезерованием. В остальных случаях с этой целью использо­ вали сверление и запиливание лобзиком. Режим специальной

чтобы получить хрупкое разрушение патрубков по возможно­ сти при меньшей длине трещины. Режим завершающей термо­

ках изнутри закрывали стальной пластинкой, изогнутой в со­ ответствии с кривизной внутренней полости трубы. На пла­ стинку с помощью клея наклеивали лоскут плоской резины. Длину и ширину резинового лоскута выбирали большими, чем соответствующие размеры стальной пластины. Перед началом испытания резину и стальную пластину удерживали на внут­ ренней поверхности патрубка клеем. Во время испытания гер­ метизация достигалась благодаря высокому давлению, созда­

с искусственными дефектами различной длины. Патрубки раз­

растала до 40—42 Rc.

Длины трещин и давления, при которых произошли разру­ шения патрубков, приведены в табл. 21.

Патрубки разрушались по образующей, вдоль которой располагалась первоначальная трещина. При этом вершины

172