Методи оцінки довговічності колони насосних штанг з урахуванням впливу суттєвих експлуатаційних факторів. Вплив викривленості свердловин на частоту, розподіл відмов. Удосконалення засобу вимірювання навантажень, діючих в верхній частині штангової колони.
Саме насосні штанги різко обмежують їх надійність і довговічність. Змінні навантаження розтягу та згину, вплив корозійно-активного середовища, тертя об колону насосно-компресорних труб, особливо в похилоспрямованих свердловинах, відкладення асфальто-смоляно-парафінових речовин та інші експлуатаційні фактори призводять до появи та інтенсивного розвитку корозійно-втомних тріщин і, як наслідок, до руйнування колони штанг. Такі умови значно ускладнюють роботу колони насосних штанг, що повязано з появою напружень згину в тілі штанг та зношуванням штанг внаслідок тертя по внутрішній поверхні насосно-компресорних труб на скривлених ділянках. Важливе теоретичне та практичне значення для вирішення цієї проблеми має розробка методів оцінки довговічності колони насосних штанг з урахуванням впливу суттєвих експлуатаційних факторів, що підкреслює актуальність вирішення задачі, представленої в даній дисертаційній роботі. У роботах, опублікованих у співавторстві, дисертанту належить: [1] - аналіз впливу викривленості свердловин на аварійність елементів колони насосних штанг, де особистий внесок здобувача складає 30%; [2] - удосконалення конструкції динамографа, де особистий внесок здобувача складає 30%; [3] - проведення експериментальних досліджень та аналіз результатів, де особистий внесок здобувача складає 30%; [4] - розроблення математичної моделі накопичення втомних пошкоджень при дії напружень, нижчих за границю витривалості, де особистий внесок здобувача складає 30%; [5] - проведення експериментальних досліджень та аналіз результатів, де особистий внесок здобувача складає 40%; [6] - обґрунтування доцільності використання методу вкладених циклів при моделюванні накопичення втомних пошкоджень в умовах випадкового навантажування, де особистий внесок здобувача складає 30%; [7] - аналіз впливу відношень амплітуд та частот двочастотного процесу навантажування на довговічність деталей машин, де особистий внесок здобувача складає 50%; [9] - аналіз впливу широкополосності випадкового процесу навантажування на накопичення втомних пошкоджень, де особистий внесок здобувача складає 40%; [10] - проведення експериментальних досліджень та аналіз результатів, де особистий внесок здобувача складає 40%; [11] - розроблення математичної моделі прогнозування залишкового ресурсу деталей у типових умовах експлуатації, де особистий внесок здобувача складає 30%.Для статистичного аналізу на свердловинах НГВУ „Надвірнанафтогаз” за три роки (2002-2004 рр.) були зібрані дані, які дозволяють проаналізувати вплив експлуатаційних факторів: діаметра плунжера свердловинного насоса, глибини спуску насоса, газового фактора, обводненості продукції, наявності парафіно-смолистих відкладень, інтервалу кривизни свердловини на кількість відмов колони, повязаних з руйнуванням штанг. Із загальної кількості відмов руйнування муфти становило 21,7%, руйнування різьби штанги - 18,6%, обрив по тілу насосної штанги - 11,3%, руйнування плунжера насоса - 3,1%, відгвинчування - 7,2%, руйнування свердловинного штока - 8,2%, заміна свердловинного штока - 29,9%. Найбільші величини мають статичні навантаження, які нерівномірно розповсюджуються по довжині штангової колони і приймають різні значення для руху колони штанг вгору та вниз. Незважаючи на велику кількість методів, за допомогою яких можна проводити оцінку технічного стану елементів ШСНУ, для оцінки навантаженості як свердловинного, так і наземного обладнання в усьому світі переважно використовуються два основних методи: динамографічний, який ґрунтується на оцінці навантаження в точці підвіски штанг та ватметрографічний, в основі якого лежить контроль графіків потужності або зміни електричного струму електродвигуна. На нафтових родовищах України основним методом, за яким визначається навантаження в верхній частині штангової колони та проводиться аналіз технічного стану свердловинного обладнання, залишається метод аналізу динамограм, отриманих за допомогою гідравлічних динамографів.У результаті проведення теоретичних і експериментальних досліджень отримано нове вирішення науково-технічної задачі оцінки довговічності насосних штанг з урахуванням експлуатаційних факторів їх роботи. Виявлено характер залежності частоти різного типу відмов від відносної глибини обриву. Розроблено і обґрунтовано удосконалену аналітичну методику визначення сил та напружень в КНШ на викривленій ділянці з урахуванням зазору між НШ і НКТ. Проведені лабораторні та промислові дослідження конструкції показали її працездатність для експериментального визначення навантаження колони насосних штанг в експлуатаційних умовах. Розроблено розрахунково-експериментальний метод визначення довжини ходу та числа качань насоса для заданого діаметра плунжера, при яких можлива стабілізація динамічного рівня рідини, тобто узгодження припливу рідини з свердловини та подачі глибинного насосу.
План
.основний зміст роботи
Вывод
У результаті проведення теоретичних і експериментальних досліджень отримано нове вирішення науково-технічної задачі оцінки довговічності насосних штанг з урахуванням експлуатаційних факторів їх роботи.
1. Проведено статистичний аналіз аварійності КНШ в НГВУ ”Надвірнанафтогаз” за 2002-2004 роки. Знайдені залежності відмов колон від таких параметрів, як діаметр насоса, глибина його спуску, кривизна стовбура свердловини, обводненість, газовий фактор и наявність відкладень парафіну. Виявлено характер залежності частоти різного типу відмов від відносної глибини обриву.
2. Розроблено і обґрунтовано удосконалену аналітичну методику визначення сил та напружень в КНШ на викривленій ділянці з урахуванням зазору між НШ і НКТ. Результати досліджень за розробленою методикою дали можливість встановити, що раціональними з точки зору надійності КНШ є профілі свердловин, в яких радіуси викривлення не менші за 50 м. Досягнення великих кутів нахилу, навіть до горизонтальних ділянок, не є небезпечним при умові великих радіусів викривлення перехідних ділянок.
3. Розроблено удосконалений метод експериментального дослідження навантаження колони насосних штанг. Запропоновано конструкцію гідравлічного динамографа з індуктивним давачем малих переміщень. Проведені лабораторні та промислові дослідження конструкції показали її працездатність для експериментального визначення навантаження колони насосних штанг в експлуатаційних умовах.
4. Проведено оцінку експлуатаційного навантажування колони насосних штанг і його впливу на їх довговічність. Проаналізовано результати експлуатаційного навантажування насосних штанг на працюючих свердловинах, які отримані за допомогою розробленої конструкції динамографа з давачем малих переміщень. Розроблено розрахунково-експериментальний метод визначення довжини ходу та числа качань насоса для заданого діаметра плунжера, при яких можлива стабілізація динамічного рівня рідини, тобто узгодження припливу рідини з свердловини та подачі глибинного насосу. Розрахунки, проведені за даною методикою для дослідної свердловини, показали, що для підтримання необхідного динамічного рівня число качань балансира необхідно знизити до n = 2.15 кач./хв., а довжину ходу плунжера до 1 м.
5. Удосконалено розрахункову методику приведення до еквівалентного симетричного процесу низьких напружень спектра навантажування, яка враховує чутливість до асиметрії навантажування високого рівня. Обґрунтовано необхідність комплексного урахування параметрів навантажування і характеристик опору втомі НШ, які підлягають впливу багаточастотного навантажування.
6. Розроблено вдосконалену методику прогнозування довговічності і залишкового ресурсу КНШ в типових умовах експлуатації. З допомогою даної методики визначено параметри кінетичних кривих втоми НШ (нових, після 4 і 8 років експлуатації), а також залишковий ресурс після 8 років експлуатації, який становить 4,8 років. Дослідження показали зменшення медіанного значення границі витривалості за 8 років з 101 до 62,6 МПА.
Список литературы
1. Пушкар П.В., Павлюк Я.Ю., Матвіїшин Т.Б., Артим В.І. Аналіз відмов колон насосних штанг в НГВУ “Надвірнанафтогаз” // Розвідка та розробка нафтових і газових родовищ. - 2006. - № 1. - С. 116-120
3. Івасів В.М., Артим В.І., Харун В.Р., Пушкар П.В. Оцінка експлуатаційної навантаженості та її вплив на довговічність насосних штанг // Розвідка та розробка нафтових і газових родовищ. - 2005. - № 4. - С. 77-81.
4. Івасів В.М., Артим В.І., Пушкар П.В., Козак О.М. Врахування напружень низького рівня при розрахунках довговічності деталей машин // Машинознавство. - 2003. - № 12. - С. 17-20
5. Артим В.І., Івасів В.М., Федорович Я.Т., Пушкар П.В. Визначення залишкового ресурсу насосних штанг в типових умовах експлуатації // Розвідка та розробка нафтових і газових родовищ. - 2005. - № 2. - С. 79-82
6. Артим В.І., Пушкар П.В. Моделювання накопичення втомних пошкоджень при випадковому навантажуванні // ”Авиационно-космическая техника и технология” - Харьков. - 2004. - № 1. - С 19-24
7. Івасів В.М., Артим В.І., Пушкар П.В. Оцінка впливу параметрів двочастотного процесу навантажування на довговічність деталей машин // Вібрації в техніці та технологіях. - 2004. - № 5 (37). - С. 113-116
8. Пушкар П.В. Визначення сил та напружень в насосних штангах на скривленій ділянці свердловини // Розвідка та розробка нафтових і газових родовищ. - Івано-Франківськ. - 2005. - № 3. - С. - 63-66
9. Karpash O., Ivasiv V., Artym V., Pushkar P. Calculation of fatigue damages upbuilding for complicating loading processes // Зб. матеріалів Міжнародної наукової конференції. - м. Бая-Маре, Румунія. - 2004. - С. 355-360
10. Artym V., Pushkar P., Fedorovych Y., Karpyk R. Reliability Research of Pump Rods under Wear-Fatigue Conditions // Зб. матеріалів Міжнародної наукової конференції. - м. Бая-Маре, Румунія. - 2006. - С. 21-26
11. Івасів В.М., Артим В.І., Пушкар П.В. Удосконалена методика прогнозування залишкового ресурсу деталей у типових умовах експлуатації / Тези доповідей 7 Міжнародного симпозіуму українських інженерів-механіків. - Львів. - 2005. - С. 102
Размещено на .ru
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
