Рачкевич І. О. «Прогнозування втомної довговічності елементів бурильної колони з врахуванням складного деформованого стану»

АНОТАЦІЯ Рачкевич І.О. Прогнозування втомної довговічності елементів бурильної колони з врахуванням складного деформованого стану. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 133 – «Галузеве машинобудування». Підготовка дисертації здійснювалась в Івано-Франківському національному технічному університеті нафти і газу. Захист дисертації відбудеться в Івано-Франківському національному технічному університеті нафти і газу, 2021 р. Дисертація присвячена вирішенню важливого науково-технічного завдання прогнозування втомної довговічності елементів бурильної колони з врахуванням нормальних і дотичних напружень в її поперечному перерізі. В роботі набув подальшого розвитку метод оцінки напружено-деформованого стану ділянки бурильної колони, яка знаходиться в довільно викривленому стовбурі свердловини з параметрами, що задаються за результатами промислової інклінометрії та профілометрії та піддається впливу осьової сили, згинального та крутного моментів. Для розрахунків використано твердотільне моделювання системи «ділянка бурильної колони – фрагмент стовбура свердловини» з подальшим застосуванням методу скінченних елементів. Це дало можливість здійснювати обчислення, враховуючи геометричні розміри замкових різьбових з’єднань бурильних труб і їх положення відносно стінок стовбура свердловини. Додатково існує можливість враховувати фізико-механічні властивості гірської породи. Доопрацьовано методику визначення критичного зусилля стиску існуючого пристрою для керування траєкторією свердловини за допомогою твердотільного моделювання пакету пружних оболонок. Це дає можливість більш точно задавати осьову силу, яка діє на відхильник, з метою ефективного керування траєкторією свердловини. Вдосконалено лабораторний стенд для дослідження деформацій і напружень у трубних колонах, які знаходяться в довільно викривленому стовбурі свердловини. Зокрема проведено доопрацювання навантажувального вузла з метою реалізації ним осьових зусиль як розтягу, так і стиску. Завдяки цьому з’явиться можливість фізичного моделювання ділянок бурильних колон, які знаходяться як вище, так і нижче нейтрального перерізу. Набув подальшого розвитку метод прогнозування втомної довговічності елементів бурильної колони на основі механіки руйнування. Зокрема, розроблено твердотільну тривимірну модель висадженої частини бурильної труби з напівеліптичною втомною тріщиною в небезпечному перерізі. При цьому модель навантажується осьовою силою, згинальним і крутним моментами. Це дає можливість визначати коефіцієнти інтенсивності напружень нормального відриву та поперечного зсуву перед фронтом втомної тріщини враховуючи як нормальні так і дотичні напруження в площині її поширення з подальшим розрахунком кількості циклів до настання критичного стану. Ключові слова: колона бурильних труб; похило-скерована свердловина; осьове навантаження; згинальний та крутний моменти; напружено-деформований стан; нормальне та дотичне напруження; втомна довговічність; напівеліптична тріщина; коефіцієнт інтенсивності напружень.