Методика визначення тангенціальних залишкових напружень в сталевих бурильних трубах

Abstract

Наведено причини руйнування сталевих бурильних труб при роторному способі буріння. Показано, що крім дії зовнішніх навантажень та інших чинників на довговічність бурильних труб впливають залишкові напруження, які виникають у металі труб під час їх виготовлення на трубопрокатних станах внаслідок пластичного деформування за високої температури та значних прикладених зусиль. Висаджування кінців бурильних труб на горизонтально-ковальських установках в коловий замкнутий пуансон також призводить до появи залишкових напружень. Розроблено і випробувано методику для визначення тангенціальних залишкових напружень у бурильних трубах, яка базується на сучасних методах тензометрування. Основу розробленої методики складають методи Закса і Давіденкова, а їх застосування дає змогу визначити тангенціальні залишкові напруження по всьому перерізі дослідних взірців. Розроблено конструкцію спеціального строю, що уможливлює внутрішнє розточування кільця без пошкодження наклеєних на зовнішній поверхні тензорезисторів. Проведено вимірювання тангенціальних залишкових напружень у тілі і висадженій частині нової сталевої бурильної труби групи міцності «К» і отримано конкретні значення цих напружень по всьому перерізі металу труби, що зображено у таблицях і графіках.

The causes of steel drill pipes destruction in rotary drilling are presented in the article. It is proved that except for external stresses and various factors residual stress affects the lifetime of drill pipes. Residual stress set in the metal of pipes during their manufacturing in tube work stations as a result of plastic deformation at high temperature and strong applied efforts. Unloading the ends of the drill pipes onto horizontal forging facilities in the closed circular punch also leads to the оoccurrence of residual stresses. Scientific works at studying residual stresses in steel drill pipes were conducted in 1940 - 1950s have been considered. The technique of determining the tangential residual stresses in the drill pipes basing on modern methods of strain metering have been developed and tested. The basis of the developed technique is the Sachs and Davidenkov’ methods. The application of these methods allows determining the tangential residual stresses around the whole sections of samples. The special design of the device that allows you to do the inner boring of the ring without damaging resistive-strain sensors that are attached on the external surface of the ring has been developed. The tangential residual stresses in the body and in the unloaded part of the new steel drill pipe of strength “K” have been measured аnd the received values of these stresses across the metal pipes sections are presented in two tables and two graphs.