Напружено-деформований стан обсадної колони в умовах проведення монтажних робіт. Залежність впливу конструктивних елементів на НДС сталевого кріплення. Вплив конструкції обсадних труб на їх стійкість, раціональні параметри колони для її проектування.
Аннотация к работе
Проте, більшість цих методів не знайшли застосування при проектуванні сталевих кріплень великого діаметра (понад 2 м), що повязано із специфікою їх роботи і конструкції. Аналіз структури витрат вартості, трудомісткості і тривалості буріння свердловин великого діаметра за традиційною технологією з кріпленням сталевою колоною показав, що до 30…40% їх приходиться на процеси, повязані з кріпленням. Ідея роботи полягає у використанні залежностей напружено-деформованого стану обсадної труби для обґрунтування раціональних параметрів вибору конструктивних елементів сталевого кріплення при будівництві шахтних вертикальних стволів. У роботі використані математичні моделі напружено-деформованого стану колони з урахуванням досвіду спорудження свердловин великого діаметра на базі теорії тонкостінних оболонок з метою обґрунтування вибору раціональних параметрів конструкції сталевого кріплення і технології його зведення; вивчення стійкості обсадної колони, як циліндричної оболонки з урахуванням різних граничних умов. Наукові положення, що виносяться на захист: - напружено-деформований стан обсадної труби при дії зовнішнього гідростатичного тиску в зоні стикування шпангоутів з оболонкою описується швидкозгасаючими функціями, які характеризують крайовий ефект впливу ребер, коефіцієнт концентрації напружень може сягати 2 і залежить від співвідношення товщини оболонки і жорсткості ребра, що дозволяє визначити раціональну величину кроку шпангоутів порядку 20-40 товщин стінки труби;Основу сучасної школи буріння свердловин великого діаметра складають роботи провідних вітчизняних інженерів і вчених: Маньковського Г.І., Федюкіна В.А., Купчинського І.Л., Качана В.Г., Булаха Г.І., Левіта В.В., Жиленка Н.П., Краснощека О.А., Литинського Ю.В., Агаркова А.К., Астраханя А.П., Ерофеєва Л.М., Маліованова Д.І.; і зарубіжних фахівців: Брюммера К.Х., Резнера Е., Лешхорна Ф., Хеннеке Й., Мюллера Р., Тоншайдта Г.В. Проблеми повязані з кріпленням стволів і свердловин пройдених бурінням є вельми істотними, оскільки 30…40% від витрат вартості, трудомісткості і робочого часу на споруду свердловин великого діаметра доводиться на процеси, повязані з кріпленням. Виходячи з перспективи буріння стволів великого діаметра і практичної відсутності альтернативи кріпленню сталевим кріпленням в складних гірничо-геологічних умовах, було поставлено завдання дослідити напружено-деформований стан колон з метою теоретичного обґрунтування вибору раціональних параметрів конструктивних елементів обсадних труб. Розкладаючи навантаження в ряди Фурє з використанням напівбезмоментної теорії розрахунку оболонок, були отримані вирази для внутрішніх силових факторів, що виникають в трубі від дії монтажних навантажень. Для визначення необхідної жорсткості днища з умови його міцності, а також довжини участка труби, яку необхідно укріпити, і параметрів підсилюючих ребер був досліджений НДС зони стикування оболонки з пружним днищем, аналіз, якого показав, що днище з товщиною понад 120 мм можна вважати абсолютно жорстким, а товщина труби в зоні стику повинна бути понад 100 мм.Дисертація є завершеною науково-дослідною роботою, в якій вирішена актуальна науково-технічна задача теоретичного обґрунтування вибору раціональних параметрів конструктивних елементів обсадних труб та технологічних регламентів їх монтажу на основі вперше встановлених залежностей напружено-деформованого стану та стійкості сталевого кріплення, що дозволяє підвищити техніко-економічні показники будівництва шахтних вертикальних стволів. Виконаний системний аналіз сучасного стану і основних тенденцій розвитку спорудження стволів і свердловин великого діаметра показав, що 30...40% витрат вартості, трудомісткості і тривалості спорудження доводиться на процеси, повязані з їх кріпленням. На підставі аналітичних досліджень напружено-деформованого стану обсадної колони в умовах проведення монтажних робіт встановлено, що значна величина монтажних зусиль, викликаних вагою колони призводить до деформації верхнього торця труби, яка перевищує величину допуску в 1,2...2 рази, що ускладнює процес збірки колони. Доведено, що напружено-деформований стан в зоні монтажного вікна визначається характером взаємодії колони і монтажної балки і є визначальним фактором при виборі параметрів підсилюючих накладок на монтажні вікна. Встановлений вплив основних конструктивних елементів на напружено-деформований стан обсадної колони аналіз якого показав, що основним параметром, який визначає несучу здатність труби (для оптимізації конструкції) є товщина стінки, а варійованими параметрами залишаються крок і жорсткість шпангоутів, при цьому величина кроку повинна складати порядку 20...40 товщини стінки труби.