Punto di concentrazione dello stress
Collari di perforazionee le aste di perforazione sono soggette a varie sollecitazioni durante le operazioni di perforazione, ma i punti di concentrazione delle sollecitazioni differiscono tra i due componenti. I collari di perforazione, essendo rigidi e con pareti spesse, subiscono la concentrazione delle sollecitazioni principalmente nelle loro connessioni e nelle caratteristiche superficiali. Le connessioni filettate tra le sezioni dei collari di perforazione sono particolarmente vulnerabili alla concentrazione delle sollecitazioni a causa delle loro discontinuità geometriche. Queste aree sono soggette all'inizio di cricche da fatica, specialmente in condizioni di carico ciclico.
Al contrario, le aste di perforazione hanno una distribuzione più uniforme dello stress lungo la loro lunghezza. Tuttavia, sono ancora suscettibili alla concentrazione dello stress in determinati punti. I giunti degli utensili, dove sono collegate le sezioni del tubo, sono i punti di concentrazione dello stress primario. Questi giunti subiscono elevati livelli di stress a causa del cambiamento nell'area della sezione trasversale e della presenza di connessioni filettate.
Un'altra differenza significativa nei punti di concentrazione delle sollecitazioni è correlata alle rispettive funzioni nell'assemblaggio di perforazione. I collari di perforazione sono progettati per fornire peso sulla punta e mantenere un foro di trivellazione dritto. Di conseguenza, subiscono sollecitazioni compressive e momenti flettenti più elevati, in particolare vicino al fondo della colonna di perforazione. Ciò può portare a una concentrazione delle sollecitazioni nelle aree in cui il collare di perforazione entra in contatto con la parete del foro di trivellazione o subisce una grave severità dogleg.
Le aste di perforazione, d'altro canto, sono utilizzate principalmente per trasmettere coppia e pressione del fluido. Esse subiscono sollecitazioni di trazione nelle sezioni superiori della colonna di perforazione e sono soggette a sollecitazioni di flessione cicliche dovute alla rotazione. Di conseguenza, i punti di concentrazione delle sollecitazioni nelle aste di perforazione sono spesso associati ad aree di elevata curvatura o dove la tubazione subisce significativi momenti flettenti.
Anche le condizioni della superficie svolgono un ruolo nella concentrazione di stress. I collari di perforazione, essendo più spessi e robusti, sono meno suscettibili ai danni superficiali dovuti alla movimentazione e al trasporto. Tuttavia, qualsiasi imperfezione superficiale o pozzi di corrosione possono agire come punti di concentrazione di stress. I tubi di perforazione, con le loro pareti più sottili, sono più vulnerabili ai danni superficiali, che possono creare aree di concentrazione di stress localizzate lungo il corpo del tubo.
Punto di frattura: collare di perforazione vs tubo di perforazione
I punti di frattura differiscono a causa delle loro geometrie distinte, condizioni di carico e proprietà del materiale. I collari di perforazione, essendo più spessi e rigidi, in genere presentano punti di frattura in corrispondenza o in prossimità delle loro connessioni. Le connessioni filettate, in particolare l'ultima filettatura impegnata, sono posizioni comuni per l'inizio e la propagazione delle cricche da fatica. Man mano che le sollecitazioni cicliche si accumulano, queste cricche possono crescere e alla fine portare a una frattura completa.
La sua superficie di frattura spesso mostra caratteristiche sia di fatica che di rottura da sovraccarico. La porzione di fatica della frattura è tipicamente liscia e mostra segni di spiaggia o striature, indicando la natura progressiva della crescita della crepa.
Le aste di perforazione, al contrario, tendono ad avere punti di frattura più distribuiti lungo la loro lunghezza. Mentre i giunti degli utensili rimangono aree critiche per la rottura da fatica, anche il corpo del tubo stesso è suscettibile di frattura. Ciò è particolarmente vero nelle aree in cui il tubo subisce elevate sollecitazioni di flessione o in cui il danno superficiale ha creato punti di concentrazione delle sollecitazioni.
Il meccanismo di frattura nei tubi di perforazione spesso comporta l'inizio di piccole crepe sulla superficie esterna, che poi si propagano verso l'interno. Questo processo è influenzato dalla natura ciclica dei carichi sperimentati durante le operazioni di perforazione, tra cui rotazione, tensione e flessione. Man mano che la crepa cresce, riduce l'area effettiva della sezione trasversale del tubo, portando infine al completo cedimento.
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