Підвищення ефективності експлуатації різьбових з'єднань насосних штанг

Abstract

Дисертація присвячена підвищенню ефективності експлуатації різьбових з’єднань насосних штанг. У роботі проведено аналіз умов роботи різьбових з’єднань насосних штанг, вплив експлуатаційних чинників на частоту обривів елементів колон насосних штанг, існуючі методи розрахунку навантажень та визначення напружень по витках різьби, способи зменшення нерівномірності навантаження по витках різьби з’єднання насосних штанг. Автором удосконалено методику оцінки розподілу навантажень по витках різьбового з’єднання насосних штанг. Досліджено напружено-деформований стан нових та зношених різьбових з’єднань насосних штанг з різними величинами перекриття витків за допомогою методу кінцевих елементів, напружено-деформований стан різьбового з’єднання насосних штанг при сумісній дії на нього зусиль осьового розтягу, моменту згвинчування, моменту згину, подано методику дослідження втомного руйнування їх різьбових з’єднань та розроблено заходи з метою підвищення ефективності експлуатації різьбових з’єднань насосних штанг. Результати аналітичних та лабораторних досліджень апробовані в нафтогазовидобувних підприємствах ГІАТ “Укрнафта”.

Диссертация посвящена повышению эффективности эксплуатации резьбовых соединений насосных штанг. В работе проведен анализ условий работы резьбовых соединений насосных штанг, влияние эксплуатационных факторов на частоту обрывов элементов колонн насосных штанг, существующие методы расчета нагрузок и определения напряжений по виткам резьбы, способы уменьшения неравномерности нагрузки по виткам резьбы соединения насосных штанг. Автором усовершенствована методика оценки распределения нагрузок по виткам резьбового соединения насосных штанг, что позволило учесть силы трения в резьбе и точность ее изготовления, смещение витка от изгиба, среза и радиальных деформаций, возникающие от действия сил на торцах витка и осевого сжатия или растяжения резьбы. Для верификации расчетов распределения напряжений по впадинам витков резьбы насосной штанги в данной работе выполнено сравнение результатов, полученных с помощью метода конечных элементов, аналитических выводов А.И. Биргера с предложенным уточненным методом расчета. Проведено исследование влияния предельных допусков при изготовлении на распределение напряжений в новых и изношенных резьбовых соединениях насосных штанг. Проанализировано методику определения величины износа резьбы ниппеля при свинчивании-развинчивании, затягивании и раскреплении соединений насосных штанг, предложенную С.А. Бабаяном, установлено, что с увеличением зазора в резьбовом соединении - величина износа резьбы увеличивается. В итоге установлено, что разрушение муфты насосной штанги с изношенной резьбой происходит по седьмой впадине витка ее резьбы за счет возникновения и концентрации в ней напряжений. Исследовано напряженно-деформированное состояние резьбового соединения насосных штанг при совместном действии на него усилий осевого растяжения, момента свинчивания, момента изгиба и представлена методика исследования усталостного разрушения их резьбовых соединений. С целью повышения усталостной прочности резьбовых соединений насосных штанг за счет уменьшения действия сил, которые воспринимают торцы ниппеля и муфты, предложены и исследованы новые конструкции за-резьбовых канавок. Разработан ряд мер по повышению эффективности эксплуатации резьбовых соединений насосных штанг, а именно: - установка на поверхности муфт гладких цилиндрических колец с натягом, что способствует выравниванию напряжений по виткам резьбы и уменьшению максимальных напряжения на 7 %; - рацыональный выбор моментов свинчивания резьбовых соединений насосных штанг; - использование фиксирующих колец для предотвращения само-отвинчивания и защиты от коррозии, что обеспечивает увеличение момента развинчивания соединений на 20%. Результаты аналитических и лабораторных исследований апробированы в нефтегазодобывающих предприятиях ПАО "Укрнефть". Разработанная методика расчета моментов свинчивания резьбовых соединений насосных штанг принята к внедрению в НГДУ "Надворнаянефтегаз". Использование фиксирующих колец для предотвращения самоотвинчивания и защиты от коррозии резьбовых соединений насосных штанг рекомендуется к внедрению в НГДУ "Долинанефтегаз".

Thesis is dedicated to increasing the operational efficiency of sucker rods thread connections. The paper analyzes the working conditions of the sucker rod threaded connections, the influence of operational factors on the frequency of elements breaks of the rod string, the existing methods for calculating the loads and stresses on the calculation of the threads, the ways to reduce the uneven load on the connection of the threads of sucker rods. The author has been improved method of estimating the distribution of loads on coils of sucker rods threaded connection. The stress - strain state of new and worn threads of sucker rods with different values of the overlap of turns using the finite clement method, the stress -strain state of the threaded connection of sucker rods under the joint action on his efforts axial tension, make-up torque, bending moment and the technique of study of fatigue failure of threaded connections and activities designed to improve the operational efficiency of sucker rods threaded connections have been studied. The results of analytical and laboratory research have been tested in oil and gas company JSC "Ukrnafta".