Введение к работе
А ктуал ъность работы
В добываемой российскими компаниями нефти до 35- 40% ее
себестоимости составляют затраты на поддержание парка насосно-
компрессорных труб (НКТ). Содержание трубного парка требует значительных
средств на закупку новых труб для строящихся скважин и для восполнения
выбывших из строя, на ремонт эксплуатационного парка труб, проведение
капитального и подземного ремонта скважин по причине аварий резьбовых
соединений и др.
Контроль параметров резьбы труб нефтегазового сортамента очень важен как на этапе производства, так и при их дальнейшей эксплуатации. Использование труб или муфт ненадлежащего качества может привести к большим экономическим потерям, браку при капитальном ремонте скважин, связанному с качеством резьбы труб. Известно, что более 50% аварий трубных подвесок происходит из-за износа резьбовых соединений. В процессе спуско-подъемных операций (СПО) при свинчивании-развинчивании резьбовых соединений на контактные поверхности резьбы действуют растягивающие и сжимающие напряжения, осевая нагрузка, создаваемая весом свинчиваемых насосно-компрессорных труб.
Традиционные методы сборки резьбовых соединений не всегда обеспечивают достаточную их надежность. В машиностроении одним из перспективных направлений интенсификации сборочных работ, повышения их качества является сборка резьбовых соединений с применением акустических колебаний, которые при введении в зону контакта оказывают существенное влияние на процесс сборки и на формируемые параметры качества соединений.
Однако область рационального применения ультразвуковых волн на процесс формирования резьбового соединения раскрыта еще не достаточно, не выявлены оптимальные параметры, а выявленные закономерности носят частный характер, что требует дальнейшего изучения. Поэтому выявление механизма воздействия ультразвука на формирование связей в резьбовом соединении
непосредственно в процессе свинчивания-развинчивания НКТ является актуальной задачей.
Цель работы
Повышение эффективности процесса свинчивания - развинчивания насосно-
компрессорньгх труб путем снижения сил трения применением акустических
колебаний.
Задачи исследования
Определение величины и характера изменения момента в процессе свинчивания-развинчивания НКТ и влияние его на характеристики резьбового соединения (натяг, посадка и т.д.).
Исследование динамических нагрузок, возникающих в резьбовом соединение НКТ, и их изменений вследствие акустического воздействия.
Определение оптимальной частоты, амплитуды и угла ввода направленного акустического воздействия на зону контакта «муфта-ниппель» НКТ с целью снижения сил трения.
Разработка устройства для введения ультразвуковых волн (УЗВ) в зону соприкосновения резьб для повышения эффективности процесса свинчивания-развинчивания и качества резьбового соединения.
Методы решения задач
Поставленные задачи были решены с помощью: теории упругости, теории колебаний, теории рационального планирования эксперимента.
Научная новизна
1 В результате комплексных теоретических и экспериментальных исследований установлена возможность влияния ультразвуковых колебаний на механизм формирования контактных связей, снижающих работу сил трения до 88%. Определены оптимальные параметры акустического воздействия (амплитуда Хо=19 мкм, частота ^=42941 Гц, угол ввода ф=45 ) на процесс свинчивания-развинчивания насосно-компрессорных труб диаметром 60 мм.
2 Разработаны и апробированы безразмерные критерии пересчета оптимальных параметров акустического воздействия с НКТ диаметром 60 мм на другие типоразмеры насосно-компрессорных труб. Основные защищаемые положения
Выявленные теоретическими и экспериментальными исследованиями основные особенности механизма формирования контактных связей резьбового соединения НКТ при направленном акустическом воздействии.
Способ и устройство эффективного управления параметрами акустического воздействия.
Оптимальные условия акустического воздействия и критерии переноса их на любые типоразмеры НКТ.
Практическая ценность работы
1 Методика оценки воздействия на зону контакта резьб «ниппель-муфта» с
целью повышения качества соединения используется в учебном процессе при
изучении студентами Альметьевского государственного нефтяного института
дисциплин: «Эксплуатация, ремонт и монтаж оборудования для добычи нефти и
газа», «Нефтегазопромысловое оборудование», «Эксплуатация и ремонт машин и
оборудования нефтяных и газовых промыслов» для специальностей:
130602.65«Машины и оборудование нефтяных и газовых промыслов», 130503.65
«Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений».
2 Разработанная технология повышения эффективности процесса
свинчивания-развинчивания НКТ передана с целью дальнейшего внедрения в
ООО «НКТ-Сервис» ОАО «Татнефть» (г. Альметьевск).
Апробация работы
1 Основные положения диссертационной работы докладывались на научно-технических конференциях, техсоветах: Международная научно-практическая конференция «Ашировские чтения» (Самара, 2006 г.), Научные сессии АГНИ по итогам 2004...2006 гг. (Альметьевск, 2005, 2006, 2007 гг.), Всероссийская научно-практическая конференция «Большая нефть XXI века» (Альметьевск, 2006 г.), 58-я научно-техническая
конференция студентов, аспирантов и молодых ученых (Уфа, 2007 г.), 27 Всероссийская научно-техническая конференция «Технологии нефтегазового дела» (Уфа-Октябрьский, 2007 г.), Технический совет ООО «НКТ-Сервис» (Альметьевск, 2008 г.)
Публикации
Основные положения диссертации изложены в 14 печатных работах, из них 2 - в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ.
Объем и структура работы
Диссертационная работа состоит из 4 глав, основных выводов, библиографического списка из 150 наименований; изложена на 140 страницах машинописного текста, содержит 54 рисунка, 26 таблиц и 7 приложений.
