5.4. В соединении с трапециевидной резьбой

При расчете соединений с резьбой трапецеидального профиля определяют силу, при которой возможен обрыв трубы:

так и силу, при которой возможен вырыв трубы из муфты:

,

где: - временное сопротивление материала при растяжении;

- толщина стенки по впадине первого витка полного профиля;

- общий диаметральный натяг соединения;

- диаметральная деформация соответственно муфты и трубы от натяга;

- модуль упругости материала в пластической области;

- коэффициент Пуассона для пластической области:

;

- наименьший угол наклона профиля витка к линии перпендикулярной к оси резьбы .

5.5. Сопротивляемость обсадных труб избыточному гидравлическому давлению

Прочность трубы. Под влиянием избыточного гидравлического давления труба может быть разрушена. Во избежание возникновения опасных для ее прочности напряжений эквивалентное напряжение на внутренней поверхности трубы согласно теории наибольших касательных напряжений не должно превышать предел текучести материала.

.

Подставив значения из формулы Лямэ, найдем то избыточное давление, при котором соблюдается равенство:

.

Если положить, что

(формула Барлоу)

где: - коэффициент стенности трубы.

Формула Барлоу обычно используется для определения прочности обсадных труб на разрыв от избыточного внутреннего давления. Поскольку стандарт допускает уменьшение толщины стенки до 12,54, то расчетная формула будет следующей:

.

Устойчивость формы. Если труба тонкостенная, форма поперечного сечения ее может измениться под влиянием избыточного наружного гидравлического давления даже в том случае, если эквивалентное напряжение на внутренней поверхности меньше предела текучести. Известно, что критическое избыточное давление, при котором круглая равностенная труба теряет устойчивость, можно найти по формуле Леви:

.

Приравнивая можно найти граничное значение коэффициента стенности разделяющее области применяемости этих формул:

.

5.6. Прочность обсадных труб при совместном действии осевой силы и равномерного бокового давления

Решение задачи, когда на обсадную трубу совместно действует и осевая сила, и боковое давление имеет несколько вариантов.

При рассматриваемой схеме нагружения в теле возникает сложное напряженное состояние. Можно воспользоваться одной из теорий прочности, найти эквивалентное напряжение, и, приравняв его пределу текучести, решить полученное уравнение относительно предельного давления.

В наибольшей степени для этого подходит энергетическая теория прочности. Согласно этой теории моменту перехода из упругого состояния в пластическое соответствует равенство между удельной потенциальной энергии формоизменения при сложном нагружении и одноименной энергией при простом растяжении. Условие прочности при этом записывается:

.

Из формулы Лямэ следует, что при . Подставив и решив его относительно найдем наименьшее значение последнего:

.

Если в эту формулу вместо подставить его значение, полученное из формулы Лямэ, получим следующее выражение для определения предельного наружного гидравлического давления при одновременном приложении осевой силы для круглых равностенных труб:

.

Если положить здесь и , а также получим окончательно:

,

где: .

Имеется ряд аналогичных формул, это A. A. Гайворонского, Л. Ю. Измайлова.

Т. Е. Еременко предложил эмпирическую формулу:

,

где: - эмпирический коэффициент, определенный автором для обсадных труб с наружным диаметром 146 и 168 мм групп прочности Д и К,

- осевая растягивающая сила.