Розвиток наукових основ оцінки впливу навантаженості на довговічність рухомих елементів свердловинного обладнання

Abstract

Дисертацію присвячено вирішенню проблем впливу навантажування на накопичення корозійно-втомного пошкодження рухомих . елементів свердловинного обладнання (РЕСО) з метою розроблення ефективних методів оцінки їх довговічності та залишкового ресурсу. Проведено експериментальні дослідження експлуатаційного навантажування РЕСО та локальних напружень згину в елементах бурильних колон і колон насосних штанг на викривлених ділянках. Розроблено метод підсумовування втомних пошкоджень при широкосмуговому навантажуванні та відповідний метод схематизації випадкового процесу навантажування. Розроблено метод урахування напружень з високим рівнем асиметрії циклу та чотирипараметричне рівняння кривої втоми для урахування корозійного чинника при оцінці довговічності РЕСО. Удосконалено розрахунково-експериментальний метод оцінки навантаженості геофізичного кабелю за допомогою індикаторів навантаження. Удосконалено розрахунково-експериментальний метод оцінки навантаженості та залишкового ресурсу деталей за результатами досліджень натурних зразків з різним ступенем накопиченого корозійно-втомного пошкодження. Результати досліджень експериментально апробовано на натурних зразках елементів свердловинного обладнання. Комплексне врахування теоретичних і експериментальних досліджень, які ґрунтуються на закономірностях кінетики накопичення корозійно-втомного пошкодження рухомих елементів свердловинного обладнання, зокрема, бурильних колон, геофізичних кабелів, колон насосних штанг, дало змогу вдосконалити методи розрахунку їх довговічності та залишкового ресурсу.

Диссертация посвящена решению проблем влияния нагружения на накопление коррозионно-усталостного повреждения подвижных элементов скважинного оборудования (ПЭСО) с целью разработки эффективных методов оценки их долговечности и остаточного ресурса. Проведено оценку эксплуатационной нагрузки ПЭСО с помощью разработанных методик и средств. Проведены экспериментальные исследования натяжения геофизического кабеля при спуско-подъемных операциях. Анализ полученных результатов в условиях вертикальных буровых скважин позволил рассчитать силы гидравлического сопротивления для разных скоростей выполнения спускоподъемных операций и разных каротажных приборов. Проведено оценку контактных усилий и локальных напряжений изгиба в элементах бурильных колонн и колонн насосных штанг на искривленных участках с учетом силы растяжения и параметров искривления оси буровой скважины. Разработан метод суммирования усталостных повреждений при широкополосном нагружении, который базируется на раздельном учете многочастотности и распределения амплитуд на отдельных частотах. Для его реализации разработан метод схематизации случайного процесса нагружения с учетом многочастотности процесса и распределения амплитуд во времени, который базируется на определении экстремумов при поэтапном сглаживании процесса путем замены восходящих размахов на их средние значения. Разработан метод учета напряжений с высоким уровнем асимметрии цикла, в том числе с амплитудами напряжений, низшими за границу выносливости, при оценке долговечности с учетом кинетики усталостного повреждения. Для учета кинетики коррозионно-усталостного повреждения разработано четырехпараметрическое уравнение кривой коррозионной усталости. Усовершенствован расчетно-экспериментальный метод оценки нагруженности ПЭСО с помощью индикаторов нагрузки, который дает возможность провести интегральную оценку нагруженности с выделением нескольких уровней напряжений и определением на каждом уровне эквивалентного количества их циклов. Усовершенствован расчетно-экспериментальный метод оценки нагруженности и остаточного ресурса ПЭСО по результатам исследований натурных образцов с разной степенью накопленного коррозионно-усталостного повреждения. Экспериментально исследовано накопление усталостных повреждений натурного образца бурильной трубы ТБВК 0140 мм с замковым соединением 3-147 и коррозионно-усталостных повреждений насосных штанг с разным сроком эксплуатации. С помощью разработанных методов произведен расчет параметров кинетических кривых коррозионной усталости и остаточного ресурса насосных штанг после 8 годов эксплуатации. Разработанные методики и средства внедрены в промышленности. В частности, разработаны и внедрены "Инструкция по расчету и выбору колонн насосных штанг", "Инструкция по обеспечению надежности бурильной колонны на искривленных участках скважины при комбинированном способе бурения", гидравлический динамограф с индукционным датчиком малых перемещений, устройство интегральной оценки нагружения геофизического кабеля. Комплексный учет теоретических и экспериментальных исследований, которые базируются на закономерностях кинетики накопления коррозионно-усталостного повреждения подвижных элементов скважинного оборудования, в частности, бурильных колонн, геофизических кабелей, колон насосных штанг, сделал возможным усовершенствование методов расчета их долговечности и остаточного ресурса.

The thesis is dedicated to a solution of loading influencing problems on corrosion-fatigue damage accumulation of downhoie equipment mobile members (DEMM) with the purpose for effective methods development of their durability and residual life evaluation. The experimental researches of DEMM operation loading and local stresses of a flexure in members of drill columns and sucker rod string on curved leases are held. The method of DEMM fatigue damages summation at a broadband loading and applicable method of stochastic loading process schematization are designed. A method of the high-level skew stresses registration and four-parametric equation of a fatigue curve for the corrosive factor registration are designed at an estimation of DEMM durability. Experiment-calculated methods of DEMM loading estimation with the help of loading indicator both DEMM loading and residual life estimation by results of studies at full-scale model with miscellaneous stored corrosion-fatigue damage are improved. Findings of investigation are approved experimentally on DEMM full-scale samples. The all-up registration idealized and experimental researches, which one are founded on legitimacies of corrosion-fatigue damage accumulation kinetics at downhoie equipment mobile members, in particular, drill columns, geophysical cables, sucker rod string, has enabled to improve computational methods of their durability and residual life. The designed method of applications and facilities are inserted in an industry.