Naprężenie rozciągające (normalne) w elemencie prętowym wyznacza się z definicji:
σ = F/P, gdzie F to siła osiowa rozciągająca "przechodząca" przez rozpatrywany przekrój, a P to pole przekroju poprzecznego materiału w tym miejscu.
W przewodzie wiertniczym po zapuszczeniu obciążników i rur płuczkowych, przed rozpoczęciem wiercenia, kolumna wisi pionowo pod własnym ciężarem. Oznacza to, że siła osiowa w danym przekroju jest równa ciężarowi wszystkich elementów znajdujących się poniżej tego przekroju.
Dlaczego maksimum jest na górze?
Im wyżej rozpatrujemy przekrój, tym więcej elementów znajduje się poniżej, a więc tym większy jest ciężar do "utrzymania". Na samej górze (przy powierzchni) przekrój musi przenieść ciężar całego przewodu wiertniczego, więc F przyjmuje wartość odpowiadającą ciężarowi całego przewodu (obciążniki + rury płuczkowe).
Dlaczego pole przekroju dotyczy rur płuczkowych?
Maksymalne naprężenie liczymy w miejscu, gdzie jest ono największe, czyli w górnej części przewodu. Górną część stanowią rury płuczkowe, dlatego P powinno być polem przekroju poprzecznego rur płuczkowych. To właśnie w ich materiale wystąpi krytyczna wartość σ na górze kolumny.
Dlaczego pozostałe odpowiedzi są niepoprawne?
- Wskazanie ciężaru rur płuczkowych jako F zaniża obciążenie, bo pomija ciężar elementów poniżej (np. obciążników), a przekrój u góry nadal musi przenieść całość.
- Użycie przekroju obciążników jako P przenosi obliczenia na inną część przewodu (dolną). Tam naprężenie od ciężaru jest mniejsze niż u góry, bo "poniżej" jest mniej masy.
- Przyjęcie zarówno F, jak i P tylko dla obciążników jest typowym błędem "najcięższy element = maksimum", ale maksimum σ wynika z największej siły osiowej w przekroju górnym, a nie z tego, że dany element jest masywny.
W praktyce poprawne określenie F i P pozwala ocenić, czy przewód nie przekroczy dopuszczalnej wytrzymałości na rozciąganie i dobrać właściwe elementy z odpowiednim zapasem bezpieczeństwa.
