Исследование напряженно-деформированного состояния легкоразбуриваемой вставки для интервала расширения при бурении боковых стволов

Аннотация. В данной работе проводится расчет напряженно-деформированного состояния легкоразбуриваемой вставки в программном комплексе Ansys Workbench 15.0. Основной задачей является изучение поведения и характера распределения напряжений в расчетной цилиндрической модели методом конечных элементов.

Ключевые слова: Ansys, легкоразбуриваемая вставка, конечно-элементный анализ, напряжение.

Напряженно-деформированное состояние (НДС) – это, то состояние, при котором в металле сооружения под воздействием внутренних и внешних нагрузок, возникает внутренне напряжение. Данное состояние образуется под действием двух факторов: как природных, так и человеческих. Основными, из которых являются: просадки грунта, температурное влияние, в процессе строительно-монтажных работ.

Для изоляции интервала расширения в зоне зарезки бокового ствола предлагается  использовать легкоразбуриваемую вставку, выполненную из мягкого металла цилиндрической формы, длиной более длины интервала вырезания, в верхней части которого выполнен канал для закачки в интервал расширения твердеющего герметизирующего состава (см. рисунок 1).

Для определения значений и характер распределения напряжений в легкоразбуриваемой вставке проводится расчет НДС расчетной модели цилиндрической формы в программном комплексе Ansys Workbench 15.0 [1, 2].

Рисунок 1. Легкоразбуриваемая вставки

В Ansys для компьютерного моделирования физико-механических процессов применяют метод конечных элементов (далее – МЭК). Этот метод имеет ряд достоинств, которые упрощают расчет в компьютерной программе, например, минимальное условие к первоначальной задачи, удовлетворительную форму полученных результатов и т.п.

Для проведения расчета НДС в Ansys зададимся нагрузкой на конструкцию. В качестве постоянной нагрузки было выбрано давление, действующее на вставку, равное 6 МПа. Для этого в разделе StaticStructural в нижнем окошке Detalsof “pressure” в строке “magnitude” задаем значение 6 МПа [2, 3].

Таким образом, происходит процесс определения в рассчитанном узле вставки напряжений, превышающих допустимые, и установления диапазона изменения численных характеристик процессов, влияющих на деформацию, проводится расчет напряжений в компьютерной программе. Результаты по деформации и максимальным напряжениям, возникающим при максимальном давлении, а также определение запаса прочности представлены на рисунках 2, 3 и 4.

Рисунок 2. Деформация вставки при максимальном усилии

Рисунок 3. Напряжения, возникающие при максимальном усилии

Рисунок 4. Запас прочности вставки при максимальном усилии

Исходя из результатов, показанных на вышеприведенных рисунках, выяснилось, что максимальная деформация возникает в отверстии большего диаметра, ее величина равна 0,017 м. Максимальные напряжения так же возникают в отверстии большего диаметра и равны 10,07 МПа. Минимальный запас прочности равен 1,61 в отверстии большего диаметра.

Можно сделать вывод, что проведенный расчет на НДС легкоразбуриваемой вставки показал, что полученные области с значениями напряжениями и деформациями являются приемлемы, следовательно, данная модель имеет возможность выдержать заданную нагрузку.