Применение колтюбинговой технологии в бурении
Два гидромотора, приводящие в действие цепи транспортера, получают рабочую жидкость от насоса того же типа, что и каждый гидромотор.
Подача насоса
Qф = qкnфK0/1000,
где qк – объем рабочей камеры насоса (qк = 112 см3); nф – фактическая частота вращения вала гидромотора; коэффициента подачи насоса K0 = 0,95.
При nф = 1500 об/мин Qф = 112×1500×0,95/1000 = 159,6 л/мин.
Угловая скорость вращения вала гидромотора
wг = [(Qф/2)pKом1000]/30qк,
где Kом – объемный КПД гидромотора (Kом = 0,95).
Соответственно угловая скорость вращения звездочки инжекторного механизма
wг = [(Qф/2)pKом1000]/30iqк,
где i – передаточное отношение редуктора транспортера.
Скорость подъема непрерывной трубы
v = wгR,
где R – радиус звездочки, которая приводит в действие цепь инжекторного механизма (R = 114 мм).
В результате
v = [R(Qф/2)pKом1000]/30iqк.
Скорость перемещения трубы при номинальной частоте вращения вала приводного двигателя
v = [0,114(159,6/2)×3,14×0,95×1000]/30×24×112 = 0,336 м/с.
При работе приводного двигателя с максимальной частотой вращения nф = 1800 об/мин, подача насосов Qф = 191 л/мин и соответственно скорость перемещения трубы v = 0,4 м/с.
Определение допускаемого усилия на плашки
Усилие, с которым плашки воздействуют на трубу, однозначно связано с величинами напряжений, возникающих в последней. Для определения максимально допустимого значения усилий проследим взаимосвязь внутренних силовых факторов и внешней нагрузки.
Для оценки напряжений, возникающих в продольных сечениях гибкой трубы, сжатой плашками, рассмотрим возможные варианты их взаимодействия, которые определяют картину приложения внешних сил к трубе.
В дальнейшем примем следующие допущения, которые, как показывает практика, достаточно обоснованы: плашка представляет собой абсолютно жесткий монолит, а труба – упругое тело.При взаимодействии плашек с трубой возможны три варианта приложения сил:
а)при Rтр.н < Rп возникает ситуация, изображенная на рис. 12, а;
б)при Rтр.н > Rп имеет место вариант, представленный на рис. 12, в;
в)при Rтр.н = Rп характерной является картина, изображенная на рис. 12, б.
Здесь Rтр.н – наружный радиус гибкой трубы, Rп – радиус кривизны контактной поверхности плашек.
Картины взаимодействия плашки и трубы, представленные на рис. 12, а, в, могут наблюдаться не только при несоответствии размеров трубы и плашки, но и при деформации поперечного сечения трубы. Помимо этого встречаются и другие варианты приложения нагрузки, например, несимметричный. В этом случае каждая из плашек по-своему взаимодействует с трубой.
Рис. 12. Схема взаимодействия плашек транспортера с гибкой трубой:
при сжатии трубы: а – двумя сосредоточенными силами, б – равномерно распределенной нагрузкой, в – двумя парами сосредоточенных сил
Для определения наиболее опасного с точки зрения прочности трубы случая взаимодействия плашки с ее поверхностью рассмотрим внутренние силовые факторы (см. рис. 12), возникающие при различных вариантах приложения сил .
Приложение двух сосредоточенных сил. Этот случай соответствует соотношению Rтр.н < Rп (см. рис. 12, а). При этом в поперечных сечениях трубы с угловой координатой j действуют следующие силы:
нормальная
N(j) = 0,5Рsinj;
поперечная
Q(j) = 0,5Рсosj;
изгибающий момент
M(j) = РRтр.н(0,3183 – 0,5sinj).
Приложение двух пар сосредоточенных сил. Этот случай соответствует соотношению Rтр.н > Rп. Здесь также в качестве координаты рассматриваемого сечения принят угол j.
Нормальная сила:
интервал 0 £ j £ a
N(j) = –(P/2)[0,3183сosj(sin2b – sin2a)];
интервал a £ j £ b
N(j) = –(P/2)[0,3183сosj(sin2b –sin2a) + sinj];
нтервал b £ j £ p
N(j) = –(P/2)[0,3183сosj(sin2b – sin2a)].
Поперечная сила:
интервал 0 £ j £ a
Q(j) = (–P/2)[0,3183sinj(sin2a – sin2b)];
интервал a £ j £ b
Q(j) = (–P/2)[0,3183sinj(sin2a – sin2b) + сosj];
интервал b £ j £ p
Q(j) = (–P/2)[0,3183sinj(sin2a – sin2b)].
Изгибающий момент:
интервал 0 £ j £ a
M(j) = (PRтр.н/2)[0,3183(bsinb + сosb – asina – сosa –
– sin2aсosj + sin2bсosj) – sinb + sina];
интервал a £ j £ b
M(j) = (PRтр.н/2)[0,3183(bsinb + сosb – asina – сosa –
– sin2aсosj + sin2bсosj) – sinb + sinj];
интервал b £ j £ p
M(j) = (PRтр.н/2)[0,3183(bsinb + сosb – asina – сosa –
– sin2aсosj + sin2bсosj)].
В рассматриваемом случае нагружения трубы предполагают, что каждая из действующих сил равна половине усилия, приложенного к плашке.
Приложение распределенной нагрузки. Этот случай соответствует соотношению Rтр.н = Rп (см. рис. 12, б). Значение j характеризует текущую угловую координату продольного сечения, в которой определяется изгибающий момент, а a – половину угла охвата трубы плашкой. Силовые факторы в поперечных сечениях определяются следующим образом.
Нормальная сила:
интервал 0 £ j £ a
N(j) = –qRтр.нsin2j;
интервал a £ j £ p – a
N(j) = –qRтр.нsinasinj.
Поперечная сила:
интервал 0 £ j £ a
Q(j) = qRтр.нsinjсosj;
интервал a £ j £ p – a
Q(j) = qRтр.нsinaсosj.
Изгибающий момент:
интервал 0 £ j £ a
M(j) = qR2тр.н{(1/p)[(0,5a + asin2a + 1,5sinaсosa)] –
– 0,5 sin2a – 0,5sin2j};
интервал a £ j £ p – a
M(j) = qR2тр.н{(1/p)[(0,5a + asin2a) + 1,5sinaсosa] –
– 0,5sin2a – sinasinj + 0,5sin2a}.
Для определения экстремальных значений изгибающих моментов в безразмерной форме были построены эпюры, характеризующие зависимости M(j) для различных условий приложения нагрузки. Для обеспечения возможности сопоставления получаемых величин по формулам при распределенной нагрузке коэффициент выражен через величину силы P, приложенной к плашке, и ее ширину Lï = 2Rsina. Тогда
qR2тр.н = R2тр.нP/L = R2тр.нP/2Rтр.нsina = PRтр.н/2sina.
Отсюда величины безразмерных изгибающих моментов M1(j) могут быть представлены следующим образом:
при приложении двух сосредоточенных сил
M1(j) = M(j)/PRтр.н = –0,3183 + 0,5sinj;
при приложении двух пар сосредоточенных сил
интервал 0 £ j £ a
M1(j) = M(j)/2PRтр.н = (1/2)[0,3183(bsinb + сosb – asina –
– сosa – sin2aсosj + sin2bсosj) – sinb + sina];
интервал a £ j £ b
