Мета роботи полягає у встановленні закономірностей впливу таких екстремальних режимів буріння свердловин як разових і циклічних перевантажень, робочого середовища, наявності тріщин на втомні властивості елементів бурильної колони. Для досягнення мети були поставлені такі задачі. 1. Встановити закономірності впливу пластичної деформації на пружні та втомні характеристики сталей бурильних труб при найпростіших режимах однократних перевантажень. 2. Оцінити вплив величини амплітуди циклічних навантажень, разових перевантажень і робочих середовищ на конструктивну міцність елементів бурильних колон з тріщинами. 3. Дослідити вплив попереднього пластичного деформування (ППД) розтягом і наводнювання на короткочасну та циклічну тріщиностійкість термообробленої сталі 40ХН. 4. Встановити кореляційний зв'язок між втомною міцністю та зносостійкістю матеріалів бурильних труб. 5. Провести оцінку працездатності бурильних труб з позиції SK -моделі. 6. Вивчити вплив циклічного навантаження, робочого середовища та старіння на механічні властивості титанових сплавів з метою використання їх для виготовлення бурильних труб. ЗМІСТ Вступ 4 РОЗДІЛ 1 Стан проблеми та вибір напрямку досліджень 10 1.1. Аналіз умов роботи бурильних труб при бурінні свердловин 10 1.2. Застосування механіки руйнування для оцінки ресурсу елементів бурильної колони 15 1.3. Вплив робочих середовищ на працездатність елементів бурильної колони 21 1.4. Матеріали елементів бурильної колони 25 1.5. Вибір напрямків досліджень 30 РОЗДІЛ 2 Матеріали і методика досліджень 34 2.1. Вибір матеріалів дослідження 34 2.2. Випробування на статичний розтяг 35 2.3. Втомні випробування 36 2.4. Випробування на циклічну тріщиностійкість 41 2.5. Методика оцінки ефекту закриття втомної тріщини 43 2.6. Випробування на статичну тріщиностійкість 45 2.7. Методика наводнювання зразків 48 2.8. Мікроструктури і дослідження 50 РОЗДІЛ 3 Вплив характеру навантаження та робочого середовища на втомні властивості матеріалів бурильних труб 52 3.1. Вплив характеру попереднього навантаження на пружні властивості сталей групи міцності Д 52 3.2. Вплив осьового розтягуючого навантаження на втомні властивості сталей групи міцності Д 55 3.3. Вплив амплітуди циклічного навантаження та робочого середовища на втомні властивості матеріалів бурильних труб 58 3.4. Вплив структурного стану сталей бурильних труб на їх довговічність 65 3.5. Висновки 67 РОЗДІЛ 4 Оцінка працездатності бурильних труб за КДВР 69 4.1. Вплив ППД розтягом на тріщиностійкість конструкційної сталі бурильної колони 69 4.2. Вплив наводнювання та ППД сталі бурильної колони на її тріщиностійкість 75 4.2.1. Короткочасна тріщиностійкість 75 4.2.2. Циклічна тріщиностійкість 76 4.3. Оцінка зносостійкості елементів бурильних колон за КДВР 80 4.4. Оцінка працездатності титанових бурильних труб за КДВР 83 4.5. Висновки 87 РОЗДІЛ 5 Оцінка працездатності бурильних труб за параметрами в'язкості руйнування 89 5.1. Оцінка циклічної тріщиностійкості елементів бурильних колон з позиції 5К-моделі 89 5.1.1. Постановка та математична модель задачі 89 5.1.2. Методика чисельного аналізу 93 5.1.3. Аналіз результатів 93 5.2. Оцінка статичної тріщиностійкості елементів бурильних колон з позиції ?к - моделі 96 5.3. Вплив експлуатаційних факторів на в'язкість руйнування елементів бурильних колон 105 5.4. В'язкість руйнування високоміцних титанових сплавів 110 5.5. Висновки 112 ВИСНОВКИ 114 СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 117 Додаток А 134 Додаток Б 135