Файл: Щербюк, Н. Д. Резьбовые соединения труб нефтяного сортамента и забойных двигателей.pdf

ла трения не оказывает большого влияния на расчетную нагрузку для труб ОТМ1. Например, при изменении угла трения с 11 до 7° разрушающая нагрузка для труб ОТМ1 группы прочности Д диа­ метром до 194 мм уменьшается не более чем на 6% , диаметром

Втабл. 38 приведены результаты испытаний на растяжение сое­ динений с трапецеидальной резьбой типа ОТТМ1 и ОГ1м.

Расчетную разрушающую нагрузку определяли для опасного сечения трубы, расположенного под последней ниткой резьбы, на­ ходящейся в зацеплении, исходя из фактического предела проч­ ности материала трубы. Для соединений ОТТМ1 опасное сечение находится на расстоянии 14 мм от конца сбега резьбы. Для сое­ динений ОГ1м за расчетную нагрузку принимали наименьшую из рассчитанных по двум опасным сечениям: по телу ниппельной ча­ сти трубы на расстоянии 16 мм от упорного уступа и по телу муф­ товой части трубы на расстоянии 6 мм от торца ниппеля.

Впроцессе разрушения соединений ОТТМ1 в опасном сечении

фактические разрушающие нагрузки составляют 98— 107% от рас­

2)для ОТТМ1-245 с толщиной стенки 7,65 мм — 308 тс (фак­ тическая вырывающая нагрузка 315 тс);

3)для ОТТМ1-168 с толщиной стенки 9,80 мм — 348 тс (фак­

тическая вырывающая нагрузка 380 тс).

Следует отметить, что в последнем случае материал трубы ОТТМ1-168 имел высокий для стали Д предел прочности: ов= = 8490 кгс/см2, при котором значение модуля упрочнения несколько

муфтовой части и 98— 106% при разрушении по ниппельной части. В табл. 38 приведены также сравнительные характеристики прочности соединения по отношению к телу трубы в гладкой ча­ сти. Поскольку отклонения по наружному диаметру трубы не ока­ зывают заметного влияния на прочность резьбовых соединений, толщину стенки, а также на площадь поперечного сечения, трубы

142

в гладкой части подсчитывали исходя из номинального наружного диаметра и фактического внутреннего диаметра трубы.

При испытании на растяжение соединений обсадных труб с трапецеидальной резьбой разрушений в результате среза витков не происходило. Однако нарезание резьбы на толстостенных дета­ лях, а также применение в специальных случаях укороченной резь­ бы может привести к ограничению прочности соединения вследст­ вие среза витков резьбы. Полагая, что растягивающая нагрузка равномерно распределена по длине резьбы, допускаемую нагрузку, исходя из условий среза витка P cv, определяют по формуле

в опасное сечении и среза витков, можно определить длину резь­

Для резьбы ОТТМ1 />3,26, а для резьбы ОГ1м />3,16. В су­ ществующих конструкциях соединений обсадных труб ОТТМ1 и

с треугольным профилем, при приложении растягивающей нагрузки

(см. рис. 69). Радиальное усилие Q, = P itg — - ср^ способствует

143

выходу витка резьбы из зацепления. Считая, что сила Qt на длине витка создает среднее давление qv, аналогичное наружному дав­ лению для трубы и внутреннему давлению для муфты, можно за­ писать

При условии равномерного распределения осевой нагрузки по длине резьбы

(III.29)

I

окружное сжимающее напряжение в трубе

Так же, как и для трапецеидальной резьбы, определяем осевое напряжение в опасном сечении трубы и соотношение между ок­ ружным и осевым напряжениями

где ат — предел текучести материала трубы.

Выражая а0 через осевую нагрузку Р, получим известную фор­

Выше рассматривалось соединение, свинченное без натяга.

При свинчивании с диаметральным натягом А на длине зацеп­ ления возникает радиальное давление qn\ наружное для трубы и внутреннее для муфты. Для приближенного определения <7нь приняв, что диаметральные деформации от натяга у муфты и тру­

144

Окружное напряжение в трубе, возникающее от натяга,

При приложении растягивающей нагрузки за счет уменьше­ ния диаметральных размеров трубы начальное радиальное давле­ ние от натяга qa\ уменьшается пропорционально приложенной силе Р и принимает значение qR

В процессе нагружения на стороне профиля, воспринимающей осевую нагрузку, радиальное давление увеличивается на величину <7Р за счет радиальной составляющей Qj, а на другой стороне профиля на столько же уменьшается. До тех пор, пока не произой­ дет полной разгрузки одной стороны профиля, растягивающая на­ грузка не увеличивает среднее радиальное давление и в целом на

= — , радиальное давление будет восприниматься только одной

Зависимость между осевой нагрузкой Р и радиальным давле­ нием, действующим на резьбовое соединение, свинченное с натя­

145

Анализ показывает, что для соединений обсадных труб по ГОСТ 632—64 в большинстве случаев приведенное напряжение в

.опасном сечении трубы достигает предела текучести при qv<

Относительное перемещение резьбы трубы и муфты в радиаль­ ном направлении (сползание витков) в соединении, свинченном

Рис. 73. Зависимость между ра­ диальным давлением и растяги­ вающей нагрузкой для соединений по ГОСТ 632—64, свинченных с натягом; ABq = qw\ BCq = qp+ qa/2;

CMq= qp.

с натягом, начнется после разгрузки одной стороны профиля в ре­ зультате увеличения среднего радиального давления, действую­ щего на виток.

Вырыв резьбы станет возможным, когда величина перемещения но профилю резьбы в радиальном направлении будет равна рабо­ чей высоте профиля. Вырыв резьбы происходит за пределами уп­ ругой области материала трубы.

В. О. Клайндинст [7] предложил формулу (формула АНИ) для определения разрушающей нагрузки, необходимой для вырыва

•резьбы трубы из муфты у соединений обсадных труб с треуголь­ ным профилем, предусмотренных стандартами Американского нефтяного института (АНИ) 5А, 5АХ, 5АС и 5В. Данная формула представляет определенный интерес для отечественной практики, поскольку резьбовые соединения обсадных труб по ГОСТ 632— 64 аналогичны резьбовым соединениям обсадных труб по вышеука­ занным стандартам АНИ.

Ниже приводится в сжатом и несколько схематизированном виде вывод формулы АНИ. В формуле АНИ с некоторым прибли­ жением принято, что величина радиального перемещения по про­ филю резьбы, необходимая для выхода резьбы из зацепления, пол­ ностью обусловлена пластической деформацией трубы. При этом пренебрегают деформациями муфты и упругими деформациями трубы

где 8пЛ — относительная пластическая диаметральная деформация трубы от окружного сжимающего напряжения ot и за счет попе­ речного сужения от осевого растягивающего напряжения ао; £ i —

Т46

ные и осевые напряжения при состоянии текучести в опасном сече­ нии трубы, определяемые по теории максимальных касательных напряжений.

Состояние текучести в опасном сечении трубы определяется вы­ ражением (III.32), исходя из которого, получаем

Знак минус показывает, что пластическая деформация направ­ лена на уменьшение диаметральных размеров трубы. Вырыв резь­ бы наступит при уменьшении диаметра трубы на величину, рав­ ную удвоенной высоте витка. При этом относительная пластическая деформация трубы составит

разить через вырывающую нагрузку Р в

(III.45).

где +i — площадь опасного сечения трубы.

Для определения модуля упрочнения Клайндинстом было при­ нято, что соотношение между напряжением и деформацией в пла­

где Os — предел прочности при растяжении; а и т — постоянные, определяемые на основании испытаний натурных образцов соеди­ нений.

Модуль упрочнения Е\ определяют как частное от деления на­ пряжения на деформацию

147