Реєстраційний номер
0824U003119, Дисертація доктора філософії
На здобуття
Доктор філософії
Дата захисту
14-09-2024
Статус
Захищена
Назва роботи
Підвищення ресурсу гібридних насосних штанг
Здобувач
Бакун Богдан Миколайович,
Керівник Копей Богдан Володимирович
Керівник Кречковська Галина Василівна
Опонент Харченко Євген Валентинович
Опонент Сапронов Олександр Олександрович
Рецензент Лях Михайло Михайлович
Рецензент Паневник Олександр Васильович
Установа, організація, у вченій раді якої відбудеться/відбувся захист
Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу
Опис
Дисертаційна робота присвячена обґрунтуванню можливості та пошуку шляхів підвищення ресурсу гібридних насосних штанг (НШ) шляхом вивчення закономірностей зміни їх властивостей за близьких до натурних втомних випробувань зразків, їх порівняння з відповідними властивостями традиційно вживаних сталевих насосних штанг, оцінювання опору динамічним навантаженням, розкриття механізмів руйнування та структурних особливостей склопластикової оболонки та вуглепластикового осердя штанг, розроблення технічно нових конструкційних рішень щодо з’єднання тіла штанги зі сталевою головкою та розрахунку напружено-деформованого стану у критичних перерізах розробленого з’єднання за впливу розтягу та згину як основа для обґрунтування роботоздатності розробленого з’єднання для свердловинного обладнання з суттєвими відхиленнями свердловини від нормальної орієнтації. Оскільки витрати на забезпечення безперебійної експлуатації нафтових свердловин становлять значну частину від собівартості основної продукції паливно-енергетичного комплексу України, то зменшення кількості обривів в колонах насосних штанг, підвищення довговічності кожного з її елементів та, як наслідок, зниження споживання енергії штангових свердловинних насосних установок залишається актуальною задачею сучасного нафтовидобувного виробничого процесу важливою і з наукової, і з конструкторсько-інженерної, і з практичної точок зору.
Серед основних причин негативного впливу на роботоздатність насосних установок називають корозійно-активне середовище та високі і різнонаправлені експлуатаційні навантаження в елементах штангової колони. Для підвищення ефективності роботи ШСНУ сьогодні все частіше використовують колони НШ, значну частину штанг якої виготовляють із полімерних композитних матеріалів (ПКМ). Порівняно із сталлю полімерних матеріалів мають ряд переваг. Зокрема в роботі експериментально обґрунтовано високий потенціал цих матеріалів за різного типу навантажень, показано особливості структури оболонки гібридних штанг, армованої скляними волокнами, та їх вуглепластикого осердя, розкрито механізми їх пошкодження за втомних та ударних навантажень, показано ключову роль скло волоконної оболонки у забезпеченні втомної міцності таких штанг та вуглепластикового осердя в забезпеченні їх високого опору крихкому руйнуванню.
Проте для широкого використання склопластикових чи вуглепластикових НШ у ШСНУ їх потрібно надійно з’єднувати із сталевими головками. Адже наявність різьби на цих головках дає можливість послідовно з’єднувати між собою велику кількість НШ. Існує багато конструктивних рішень такого з’єднання. Проте з урахуванням складного напружено-деформованого стану у таких з’єднаннях під час експлуатації колон (крутні моменти та високі напруження розтягу, згину та удару, яких неможливо уникнути у глибоких свердловинах) досі залишається важливим і остаточно не вирішеним завдання, спрямоване на забезпечення рівнозначної міцності самої сталевої головки і її з’єднання з склопластиковим чи вуглепластиковим стрижнем.
Розроблено новий варіант з’єднання тіла гібридної штанги зі сталевою головкою. Під час її конструювання мінімізували вплив клеєвого прошарку у забезпеченні міцності з’єднання обох елементів, збільшили площу поверхні клеєного з’єднання, розпустивши кінець гібридної штанги на сектори, між які просочувався клей, використали можливості сил тертя вздовж конусної поверхні порожнини, в якій фіксували кінець гібридної штанги, усунули концентрацію напружень на переході між тілом штанги та крайкою отвору в сталевій головці, в яких входила штанга. Створена 3D модель такого з’єднання в середовищі SolidWorks показала його технологічну дієздатність та можливість використання сталевих головок, прийнятих в експлуатації насосних колон, а застосування скінченно-елементного аналізу дало змогу розрахувати напруження і деформації у критичних перерізах розробленого з’єднання і показати їх спроможність чинити опір експлуатаційним навантаженням за розтягу та згину. Застосування розробленого з’єднання сталевої головки з тілом гібридної штанги значно підвищило міцність і надійність їх кріплення між собою, а також спростило технологію виготовлення і зборки гібридних насосних штанг. Завдяки технічній простоті його реалізація не вимагає великих фінансових вкладень та кардинального переобладнання наявного устаткування підіймальних установок.
Дата реєстрації
2024-09-20
Додано/оновлено в НРАТ
2024-12-18 / 2026-07-01
