Прогнозування довговічності елементів бурильної колони з врахуванням законів нелінійної деформації

Abstract

Розглядається проблема прогнозування числовим методом поведінки конструкцій обважнених бурильних труб змінної жорсткості, замкових різьбових з’єднань «галтельного типу» та компоновки низу бурильної колони в процесі їх навантажування в умовах експлуатації за межами законів лінійної деформації, з врахуванням існуючих методів математичного моделювання. Враховуючи прикладені зусилля до елементів бурильної колони, величина яких супроводжує поведінку останніх за нелінійними законами, розглядається також проблема визначення міцнісних характеристик конструкцій, в яких на межі пластичності та нелінійної деформації матеріалу виникають тріщини, та проблема прогнозування їх роботоздатності. Проводиться аналіз математичних моделей. Подано рекомендацію щодо застосування певних моделей до конкретних фізико-технічних задач у вузькому спрямуванні, оскільки методи математичного моделювання, які за певних умов задовольняють вимогам конкретних задач одного напрямку і дають більш точний результат у порівнянні з експериментальними даними, для іншого випадку є непридатними через ті краєві задачі та граничні умови, які вони можуть описати в певному конкретному випадку з більшою точністю. Подано схематичні рисунки обважнених бурильних труб змінної жорсткості та замкового різьбового з’єднання «галтельного типу», для яких, як приклад, проводився пошук тих математичних моделей, які в аспекті сучасних комп’ютерних технологій дали б найбільш реальні результати для оцінки прогнозування довговічності та роботоздатності елементів бурильної колони. Наведено порівняльні графічні залежності в динаміці, отримані в процесі експериментальних досліджень натурних зразків та із застосуванням комп’ютерних програм, розроблених з використанням найбільш придатних до даного випадку математичних моделей. Проведено літературний огляд вищезгаданої проблеми, за яким стає зрозуміло, що нелінійна деформація, навіть на сучасному етапі розвитку науки, краще описується варіаційним методом математичного моделювання, ніж іншими.

This thesis contemplates the forecast issue by numerical method, based on up-to-date computer technology, behavior of weighted drill pipes structures of variable stiffness, threaded tongue-grove joints of “fillet type” and bottomhole assembly during their loading under operating conditions, beyond linear deformation, taking into account the existing methods of mathematical modeling. Factoring into the external force applied to drill string parts, which determines their behavior by nonlinear laws, the thesis also considers the problem of defining strength characteristics and forecasting operational capability of structures, obtaining cracks at the line between material plasticity and nonlinear deformation. The thesis analyzes mathematical models, each of them has its advantages and drawbacks in comparison with the others. In the conclusion this thesis gives recommendations concerning use of models in certain physicotechnical subspecialties assignments, because the methods of mathematical modeling, meeting the requirements of certain tasks of one direction under specific conditions and providing a more accurate result as compared with experimental data, shall not be applied in other cases owing to boundary assignments and conditions, which can be described by them more precisely for every specific case. The paper has sketches of weighted drill pipes structures of variable stiffness and threaded tongue-groove joints of “fillet type”, for which, in exemplification, such mathematical methods were searched, that could lead to the most actual results in terms of upto- date computer technology, in order to assess forecast of service life and operating capability of drill string parts. This thesis includes comparative interactive curves, received in the course of experimental investigation of full-scale specimens and computer programs, developed using mostly suitable mathematical models for every case. The abovementioned problem is surveyed in corresponding literature, making it clear that nonlinear deformation, even at the present stage of science advancement, is better described by variational method of mathematical modeling, than by other ones.