Втомні властивості бурильних труб при екстремальних режимах буріння свердловин

Предмет:

Тип роботи:

Автореферат

К-сть сторінок:

Мова:

Українська

Оцінка:

justify;">Сумарний вплив ППД і навантаження практично в чотири рази зменшують короткочасну тріщиностійкість сталі бурильної колони. Спостерігається перехід від руйнування в умовах плоского напруженого стану до руйнування за плоскої деформації. Можливе наводнювання матеріалу в робочому середовищі здатне істотно підвищити швидкість росту втомної тріщини. Найбільшого зменшення конструктивної міцності наводненого матеріалу можна сподіватися в місцях концентрації напружень, раніше пластично деформованих. ППД робить сталь сильно чутливою до водневого розтріскування, що особливо небезпечно в умовах довготривалого навантаження. З урахуванням цього чинника довговічність бурильної колони на стадії стабільного підростання втомної тріщини може зменшитись на порядок.

4.Виходячи з концепції фізичної границі втоми для термічно зміцненої сталі 40ХН запропонована гранична температура відпуску, яка забезпечує поєднання найвищих показників втомної міцності та зносостійкості. Дана рекомендація впроваджена в технологічний процес виготовлення бурильних замків на Дрогобицькому долотному заводі.

Показано, що розроблена д. т. н. Гладким Я. М. методика оцінки зносостійкості інструментальних матеріалів за результатами випробування на циклічну тріщиностійкість дозволяє також якісно порівнювати опір зношування сталей елементів бурильних колон і може бути рекомендована для оцінки їх зносостійкості.

5.Розроблений розрахунковий метод прогнозування залишкового ресурсу бурильних труб з тріщинами при їх циклічному навантаженні з позиції к -моделі. Запропонований спрощений метод такого розрахунку, який може бути використаний в інженерній практиці.

Випробуваннями термічно зміцненої сталі 40ХН показаний суттєвий вплив її структурного стану на параметри в’язкості руйнування. Високий відпуск зразків унеможливлював проведення оцінки тріщиностійкості за К1с, тому в даному випадку доцільно користуватися показником к. Встановлений ефект зниження величини к під впливом води. З пониженням температури відпуску спад к в середовищі посилюється порівняно з випробуваннями на повітрі.

Електроннофрактографічний аналіз зломів показав суттєві відмінності в мікромеханізмі поширення тріщин в зразках з різним структурним станом і в присутності рідкого робочого середовища.

6.Встановлено, що довговічність титанових зразків з тріщинами вздовж волокна майже в п’ять раз вища, ніж в зразках з тріщинами поперек волокна. Тобто, зафіксоване явище “зворотньої”анізотропії, на відміну від прямої, характерної для сталей. Цим пояснюється низька корозійно-втомна міцність титанових бурильних труб. При випробуваннях у воді ріст тріщини полегшується. Приймаючи до уваги високу корозійну стійкість технічного титану, такий результат пояснюється з позиції водневої концепції впливу води. Старіння високоміцного титанового сплаву після циклічного навантаження призводить до суттєвого зниження його тріщиностійкості, а зниження в’язкості руйнування під дією води не таке суттєве, як в сталі аналогічної міцності.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ:

1. Петрина Д.Ю. В’язкість руйнування високоміцних титанових сплавів // Матеріали доповідей III Міжнар. симпоз. “Некласичні проблеми теорії тонкостінних елементів конструкцій та фізико-хімічної механіки композиційних матеріалів”. – Івано-Франківськ: ІФДТУНГ, ІППММ НАН України. – 1995. – С. 47-49.

2. Петрина Д.Ю. Тріщиностійкість титанових бурильних труб // Методи і засоби технічної діагностики: збірник матеріалів XII міжнародної міжвузівської школи-семінару. – Івано-Франківськ. – 1995. – С. 151-153.

3. Застосування високоміцних сталей як конструкційного матеріалу деталей бурових доліт / Є.І. Крижанівський, Ю.Д. Петрина, Т.В. Павленко, Д.Ю. Петрина та ін. // Розвідка та розробка нафтових і газових свердловин. Серія: Нафтогазопромислове обладнання. – 1996. – №33. – С. 30-44.

4. Петрина Д.Ю. Оцінка експлуатаційної надійності елементів бурильних колон за показниками тріщиностійкості // Розвідка і розробка нафтових і газових родовищ. Серія: Нафтогазопромислове обладнання. – 1997. – №34. – С. 78-82.

5. Крижанівський Є.І., Шацький І.П., Петрина Д.Ю. Оцінка довговічності бурильних труб з позицій к – моделі // Розвідка і розробка нафтових і газових родовищ. Серія: Нафтогазопромислове обладнання. – 1997. – №34. – С. 3-8.

6. Крижанівський Є.І., Петрина Д.Ю. Вплив характеру попереднього навантаження на властивості сталей групи міцності Д // Методи і засоби технічної діагностики: збірник праць міжнародної міжвузівської школи-семінару. – Івано-Франківськ. – 1997. – С. 212-215.

7. Крижанівський Є.І., Петрина Д.Ю. Вплив експлуатаційних факторів на тріщиностійкість елементів бурильних колон // Розвідка і розробка нафтових і газових родовищ. Серія: Нафтогазопромислове обладнання. – 1998. – №35. – С. 10-16.

8. Крижанівський Є.І., Петрина Д.Ю., Боднарчук О. В. Тріщиностійкість замків бурових труб // Наукові нотатки: Міжвузівський збірник (за напрямком “Інженерна механіка”). – Луц. держ. тех. ун-т. – 1998. – Вип. 4. – С. 115-126.

9. Kryzhanivsky Y.I., Ivasiv V.M., Petryna D.Y. Research of fatigue cracks spread kinetics in drillinq pipes // The international meeting of the carpathian region specialists in the field of worm gears. Scientific bulletin. Serie C, Volume XII. – Baja Mare. – 1998. – P. 109-115.

10. Крижанівський Є.І., Петрина Д.Ю. Вплив осьового розтягуючого навантаження на втомні властивості сталей групи міцності Д // Науковий вісник інституту менеджменту та економіки. – Івано-Франківськ. – 1999. – С. 94-97.

11. Крижанівський Є.І., Цирульник О.Т., Петрина Д.Ю. Вплив попереднього пластичного деформування розтягом на тріщиностійкість конструкційної сталі бурильної колони // Машинознавство. – 1999. – №4. – С. 14-17.

12. Крижанівський Є.І., Цирульник О.Т., Петрина Д.Ю. Вплив наводнювання та попереднього пластичного деформування сталі на її тріщиностійкість // Фіз. -хім. механіка матеріалів. – 1999. – №5. – С. 67-71.

13. Крижанівський Є.І., Петрина Д.Ю. Оцінка зносостійкості елементів бурильних колон за кінетичними діаграмами втомного руйнування // Розвідка та розробка нафтових і газових свердловин. Серія: Нафтопромислове обладнання. – 1999. – №36. – С. 9 – 14.

АНОТАЦІЇ

Петрина Д.Ю. Втомні властивості бурильних труб при екстремальних режимах буріння свердловин. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05. 05. 12 – Машини та агрегати нафтової і газової промисловості. – Івано-Франківський державний технічний університет нафти і газу, м. Івано-Франківськ, 2000.

Захищається 17 наукових праць, що містять результати теоретичних і експериментальних досліджень втомних властивостей бурильних труб при таких екстремальних режимах буріння свердловин як разові та циклічні перевантаження, наявність робочих середовищ і тріщин в конструкціях.

Встановлений взаємозв’язок між параметрами втомної міцності та зносостійкості матеріалів бурильних труб. Проведена оцінка працездатності бурильних труб з позиції к – моделі.

Ефективність запропонованих в роботі рішень підтверджена впровадженням результатів досліджень у виробництво.

Ключові слова: бурильна колона, бурильна труба, ніпель, в‘язкість руйнування, циклічна тріщиностійкість, корозійно-втомна міцність, зносостійкість, втомна довговічність, воднева крихкість.

Петрина Д.Ю. Усталостные свойства бурильных труб при экстремальных режимах бурения скважин. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05. 05. 12 – Машины и агрегаты нефтяной и газовой промышленности. – Ивано-Франковский государственный технический университет нефти и газа, г. Ивано-Франковск, 2000.

Диссертационная работа посвящена проблеме обеспечения работоспособности элементов бурильной колонны при таких экстремальных режимах бурения скважин, как разовые и циклические перегрузки, наличие рабочих сред и трещин в конструкциях.

Показано, что разовые перегрузки стали группы прочности Д имеют сильное влияние на ее механические свойства.

При оценке конструкционной прочности элементов бурильной колонны с трещинами следует принимать во внимание не только исходный уровень вязкости разрушения, но и способность материалов к эксплуатационному охрупчиванию, обусловленному наклепом и поврежденностью металла в вершине трещины при циклических и разовых перегрузках, а также деформационным старением.

Результатами механических испытаний и электроннофрактографического анализа показано, что рост усталостных трещин в сталях бурильных труб в присутствии жидких рабочих сред сопровождается снижением микропластической деформации материала сравнительно с воздухом.

Предварительная пластическая деформация делает сталь сильно чувствительной к водородному растрескиванию, что особенно опасно в условиях длительного нагружения.

Показана взаимосвязь между параметрами усталостной прочности а также износостойкости материалов бурильных труб. Проведена оценка работоспособности бурильных труб с позиций к – модели.

Эффективность предложенных в работе решений подтверждена внедрением результатов исследований в производство.

Ключевые слова: бурильная колонна, бурильная труба, ниппель, вязкость разрушения, циклическая трещиностойкость, коррозионно-усталостная прочность, износостойкость, усталостная долговечность, водородная хрупкость.

Petryna D.Y. The fatigue properties of drilling pipes at the extreme conditions of drilling of holes. – Manuscript

The dissertation for getting the Candidate degree in engineering speciality – 05. 05. 12- Oil and gas industry’s machines – Ivano-Frankivsk state Technical University of Oil and Gas, Ivano-Frankivsk, 2000.

17 scientific works are defended which comprise the results of theoretical and experimental investigations for fatigue properties of drilling pipes at the following extreme conditions of drilling of holes: single and cyclic overloading, availability of working environments and cracks in constructions.

Established relationship between parametres of fatigue strength and wear resistance of materials of drilling pipes. Evaluation of serviceability of drilling pipes from the point of the к – model was done.

Efficiency of the offered decisions in the work is prooved by introducing of the results of the investigation in manufacture.

Key words: drill string, drilling pipe, nipple, fracture toughness, cyclic crack, persistence, corrosion fatigue strength, wear resistance, fatigue durability, hydrogen fragility.