Приложение Н (справочное). Расчет прочности соединений

Приложение Н
(справочное)

Расчет
прочности соединений

Н.1 Общие положения

Прочность резьбовых соединений является показателем прочности конструкции, а не показателем герметичности соединения. Для обсадных труб предельная нагрузка может рассчитываться по текучести или по разрушению/срыву резьбы соединения. Для насосно-компрессорных труб, когда колонна труб может многократно подниматься и опускаться в скважину, предельная нагрузка обычно определяется по текучести соединения.

Н.2 Формулы проектной прочности при растяжении стандартных соединений обсадных труб

Н.2.1 Общие положения

Приведенные далее положения по прочности при растяжении соединений относятся к соединениям обсадных труб, изготовленных в соответствии с ГОСТ Р 53366 с резьбовыми соединениями по ГОСТ Р 51906 и ГОСТ Р 53365.

Н.2.2 Прочность соединений обсадных труб с треугольной резьбой

Н.2.2.1 Формулы предельных значений

Предельные значения прочности соединений обсадных труб с треугольной резьбой вычисляют, выбирая меньшее из двух значений: прочности тела трубы на участке с резьбой или прочности витков резьбы на срез.

Расчет предельной прочности тела трубы проводят по следующей формуле

.

(Н.1)

Расчет предельной прочности витков резьбы на срез проводят по следующей формуле

,

(H.2)

где

,

(H.3)

при этом - прочность соединения, H;

- площадь поперечного сечения трубы в плоскости последнего витка резьбы с полным профилем, ;

- предел прочности представительного образца при растяжении для тела трубы, МПа;

- длина сопряжения при механическом свинчивании соединения с номинальными геометрическими параметрами, равная ( - М), мм;

D - номинальный наружный диаметр трубы, мм;

- предел текучести представительного образца при растяжении для тела трубы, МПа;

d - внутренний диаметр трубы, равный (D - 2t), мм;

t - номинальная толщина стенки трубы, мм.

Н.2.2.2 Расчетные формулы

Расчет прочности соединений обсадных труб с треугольной резьбой проводят по меньшему из двух значений: прочности тела трубы на участке с резьбой или прочности витков резьбы на срыв. Расчет на прочность тела трубы проводят по следующей формуле

.

(Н.4)

Расчет на прочность витков резьбы на срыв проводят по следующей формуле

,

(H.5)

,

(H.6)

при этом - прочность соединения, Н;

- площадь поперечного сечения трубы в плоскости последнего витка резьбы с полным профилем, ;

- заданный минимальный предел прочности при растяжении для тела трубы, МПа;

- длина сопряжения при механическом свинчивании соединения с номинальными геометрическими параметрами, равная ( - М), мм;

D - номинальный наружный диаметр трубы, мм;

- заданный минимальный предел текучести при растяжении для тела трубы, МПа;

d - внутренний диаметр трубы, равный (D - 2t), мм;

t - номинальная толщина стенки трубы, мм.

Н.2.2.3 Обоснование

Формулы (Н.4) и (Н.5) применяются для обоих типов соединений обсадных труб с треугольной резьбой SC и LC. Коэффициент 0,95 в формулах (Н.4) и (Н.5) учитывает статистическую погрешность формулы множественной регрессии и позволяет использовать минимальные показатели прочности вместо средних значений. Подробности разработки формул (Н.4) и (Н.5) - см. стандарт [3].

Н.2.2.4 Прочность муфт

Н.2.2.4.1 Формулы предельных значений

Если размеры муфты таковы, что ее разрушение произойдет раньше, чем разрушение тела трубы или резьбы, то расчет прочности муфты проводят по следующей формуле

,

(Н.7)

где - прочность соединения, Н;

- площадь поперечного сечения муфты, равная , ;

- номинальный наружный диаметр обычной муфты, мм;

- диаметр впадины резьбы муфты в плоскости торца трубы при механическом свинчивании, мм;

- предел прочности представительного образца при растяжении для муфты, МПа.

,

(Н.8)

где - диаметр впадины резьбы муфты в плоскости торца трубы при механическом свинчивании, мм;

- средний диаметр резьбы в плоскости ручного свинчивания, мм;

- расстояние от торца трубы до плоскости ручного свинчивания, мм;

А - натяг при ручном свинчивании, мм;

Н - высота исходного профиля треугольной резьбы, мм;

- срез по впадинам профиля треугольной резьбы, мм;

- конусность, мм/мм.

Н.2.2.4.2 Расчетная формула

Если размеры муфты таковы, что ее разрушение произойдет раньше, чем разрушение тела трубы или резьбы, то расчет прочности муфты проводят по следующей формуле

.

. (Н.9)

где - прочность соединения, Н;

- площадь поперечного сечения муфты, равная , ;

- номинальный наружный диаметр муфты, мм;

- диаметр впадины резьбы муфты в плоскости торца трубы при механическом свинчивании, мм;

- заданный минимальный предел прочности при растяжении для муфты, МПа.

,

(H.10)

где - диаметр впадины резьбы муфты в плоскости торца трубы при механическом свинчивании, мм;

- средний диаметр резьбы в плоскости ручного свинчивания, мм;

- расстояние от торца трубы до плоскости ручного свинчивания, мм;

А - натяг при ручном свинчивании, мм;

Н - высота исходного профиля треугольной резьбы, мм;

- срез по впадинам профиля треугольной резьбы, мм;

- конусность, мм/мм.

Н.2.3 Прочность соединений обсадных труб с трапецеидальной резьбой

Н.2.3.1 Формула предельных значений

Предельные значения прочности соединений обсадных труб с трапецеидальной резьбой определяют, выбирая меньшее из двух значений: прочности резьбы трубы или прочности резьбы муфты.

Расчет на прочность резьбы трубы проводят по следующей формуле

,

(Н.11)

Расчет на прочность резьбы муфты проводят по следующей формуле

,

(Н.12)

где - прочность соединения, Н;

- площадь поперечного сечения трубы, равная , ;

D - номинальный наружный диаметр трубы, мм;

d - внутренний диаметр трубы, равный (D - 2t), мм;

t - номинальная толщина стенки трубы, мм;

- предел прочности представительного образца при растяжении для тела трубы, МПа;

- предел текучести представительного образца при растяжении для тела трубы, МПа;

- площадь поперечного сечения муфты, равная , ;

- номинальный наружный диаметр муфты, мм;

- диаметр впадины резьбы муфты в плоскости торца трубы при механическом свинчивании, мм;

- предел прочности представительного образца при растяжении для муфты, МПа.

,

(Н.13)

где - диаметр впадины резьбы муфты в плоскости торца трубы при механическом свинчивании, мм;

- средний диаметр резьбы в основной плоскости, мм;

- длина резьбы трубы с полным профилем, мм;

- для соединения ВС - расстояние от торца муфты до основания треугольного клейма при ручном свинчивании, для соединений ОТТГ и ОТТМ - расстояние от торца муфты до конца сбега резьбы на трубе при ручном свинчивании, мм;

- конусность, мм/мм;

- высота профиля трапецеидальной резьбы, мм.

Н.2.3.2 Расчетная формула

Расчет прочности соединений обсадных труб с трапецеидальной резьбой определяют, выбирая меньшее из двух значений: прочности резьбы трубы или прочности резьбы муфты.

Расчет на прочность резьбы трубы проводят по следующей формуле

.

(Н.14)

Расчет на прочность резьбы муфты проводят по следующей формуле

,

(Н.15)

где - прочность соединения, Н;

- площадь поперечного сечения трубы, равная , ;

D - номинальный наружный диаметр трубы, мм;

d - внутренний диаметр трубы, равный (D - 2t), мм;

t - номинальная толщина стенки трубы, мм;

- заданный минимальный предел прочности при растяжении для тела трубы, МПа;

- заданный минимальный предел текучести при растяжении для тела трубы, МПа;

- площадь поперечного сечения муфты, равная ,

- номинальный наружный диаметр муфты, мм;

- диаметр впадины резьбы муфты в плоскости торца трубы при механическом свинчивании, мм;

- заданный минимальный предел прочности при растяжении для муфты, МПа.

,

(Н.16)

где - диаметр впадины резьбы муфты в плоскости торца трубы при механическом свинчивании, мм;

- средний диаметр резьбы в основной плоскости, мм;

- длина резьбы трубы с полным профилем, мм;

- для соединения ВС - расстояние от торца муфты до основания треугольного клейма при ручном свинчивании, для соединений ОТТГ и ОТТМ - расстояние от торца муфты до конца сбега резьбы на трубе при ручном свинчивании, мм;

- конусность, мм/мм;

- высота профиля трапецеидальной резьбы, мм.

Н.2.3.3 Обоснование

Подробности разработки формул (Н.14) и (Н.15) - см. [48].

Н.2.4 Прочность при растяжении соединений стандартных насосно-компрессорных труб

Н.2.4.1 Общие положения

Приведенные далее данные о прочности соединения относятся к соединениям насосно-компрессорных труб, изготовленных в соответствии с ГОСТ Р 53366 с резьбовыми соединениями по ГОСТ Р 51906 и ГОСТ Р 53365.

Н.2.4.2 Прочность соединений насосно-компрессорных труб с невысаженными концами

Н.2.4.2.1 Общие положения

Прочность соединения насосно-компрессорных труб с невысаженными концами и треугольной резьбой рассчитывают как произведение предела текучести и площади поперечного сечения трубы под последним полным витком резьбы. Площадь критического сечения обычных и специальных муфт для насосно-компрессорных труб всегда заведомо больше критического сечения труб в соединении и не влияет на его прочность.

Прочность соединения насосно-компрессорных труб с невысаженными концами и трапецеидальной резьбой рассчитывают по Н.2.3.

Н.2.4.2.2 Формула предельных значений

Прочность при растяжении соединения насосно-компрессорных труб с невысаженными концами и треугольной резьбой составляет

,

(Н.17)

где - прочность соединения, Н;

- предел текучести представительного образца при растяжении, МПа;

- наружный диаметр резьбы трубы, мм;

- высота профиля треугольной резьбы, мм;

d - внутренний диаметр трубы, равный (D - 2t), мм;

D - номинальный наружный диаметр трубы, мм;

t - номинальная толщина стенки трубы, мм.

Н.2.4.2.3 Расчетная формула

Прочность при растяжении соединения насосно-компрессорных труб с невысаженными концами и треугольной резьбой составляет

,

(H.18)

где - прочность соединения, H;

- заданный минимальный предел текучести при растяжении, МПа;

- наружный диаметр резьбы трубы, мм;

- высота профиля треугольной резьбы, мм;

d - внутренний диаметр трубы, равный (D - 2t), мм;

D - номинальный наружный диаметр трубы, мм;

t - номинальная толщина стенки трубы, мм.

Н.2.4.3 Прочность соединений насосно-компрессорных труб с высаженными концами

Н.2.4.3.1 Общие положения

Прочность соединения насосно-компрессорных труб с высаженными концами и треугольной резьбой рассчитывают как произведение предела текучести и площади поперечного сечения тела трубы. Площадь поперечного сечения трубы под последним полным витком резьбы насосно-компрессорных труб с высаженными концами больше площади поперечного сечения тела трубы. Площадь поперечного сечения обычных и специальных муфт для насосно-компрессорных труб также больше площади основного критического сечения труб в соединении и не влияет на его прочность.

Н.2.4.3.2 Формула предельных значений

Предельные значения прочности при растяжении для соединений насосно-компрессорных труб с высаженными концами и треугольной резьбой вычисляют по следующей формуле

,

(Н.19)

где - прочность соединения, Н;

- предел текучести представительного образца при растяжении, МПа;

D - номинальный наружный диаметр трубы, мм;

d - внутренний диаметр трубы, равный (D - 2t), мм;

t - номинальная толщина стенки трубы, мм.

Н.2.4.3.3 Расчетная формула

Расчет прочности при растяжении для соединений насосно-компрессорных труб с высаженными концами и треугольной резьбой проводят по следующей формуле

,

(Н.20)

где - прочность соединения, Н;

- предел текучести представительного образца при растяжении, МПа;

D - номинальный наружный диаметр трубы, мм;

d - внутренний диаметр трубы, равный (D - 2t), мм;

t - номинальная толщина стенки трубы, мм.