- оцінці параметрів кінетичних кривих втоми насосних штанг з різним пошкодженням (0, 4, 8 років експлуатації), що можуть використовуватися при розрахунках довговічності та залишкового ресурсу колони насосних штанг;
- оцінці зусиль гідравлічного опору каротажних пристроїв і геофізичного кабелю залежно від швидкості піднімання;
- розробленні удосконаленого засобу оцінювання навантажування геофізичного кабелю під час каротажних робіт, який дозволяє проводити інтегральну оцінку навантаженості кабелю;
- удосконаленні трипараметричної кривої втоми на основі запропонованого рівняння її правої гілки. Розроблена чотирипараметрична крива дає змогу враховувати накопичене корозійно-втомне пошкодження деталей в області напружень, нижчих за границю витривалості.
Проведені в роботі теоретичні та експериментальні дослідження використано при розробленні керівних документів: „Інструкція по розрахунку і вибору колони насосних штанг”, впроваджена в ГПУ „Полтавагазвидобування”, Надвірнянському та Чернігівському НГВУ ВАТ “Укрнафта”; „Інструкція по забезпеченню надійності бурильної колони на викривлених ділянках свердловини при комбінованому способі буріння”, впроваджена в ДАТ “Чорноморнафтогаз”.
Розроблений засіб вимірювання навантажень у верхній частині штангової колони впроваджено в НГВУ “Надвірнанафтогаз” ВАТ “Укрнафта”, а також у навчальному процесі на кафедрі нафтогазового обладнання ІФНТУНГ з дисципліни “Машини і обладнання для видобутку нафти і газу”.
Розроблений засіб інтегральної оцінки навантаження геофізичного кабелю застосовується в Івано-Франківській експедиції з геофізичних досліджень в свердловинах.
Положення, що виносяться на захист.
На захист виносяться методи:
– підсумовування втомних пошкоджень при широкосмуговому навантажуванні;
– схематизації випадкового процесу навантажування для оцінки впливу навантажування на довговічність;
– урахування напружень з високим рівнем асиметрії циклу та напружень з амплітудами низького рівня при оцінці довговічності;
– розрахунково-експериментальної оцінки навантаженості та залишкового ресурсу РЕСО за результатами досліджень натурних зразків з різним ступенем накопиченого корозійно-втомного пошкодження;
– розрахунково-експериментальної оцінки навантаженості деталей за допомогою індикаторів навантаження;
а також удосконалені методики проведення та оброблення результатів експериментальних досліджень з оцінки параметрів кінетичних кривих втоми РЕСО з урахуванням корозійного чинника.
Особистий внесок здобувача.
Із наукових праць, які опубліковано у співавторстві, на захист винесено їх основні частини, розроблені особисто дисертантом. Зокрема, [1] – розроблення і обґрунтування методу вкладених циклів; [2] – оцінка впливу низьких напружень на накопичене пошкодження матеріалу бурильних труб; [3] – розроблення блоку навантаження, оцінка результатів; [4] – розроблення методу оцінки залишкового ресурсу довгомірних об’єктів за результатами досліджень моделей-“вирізок”; [5] – розроблення методу підсумовування втомного пошкодження при випадковому навантажуванні; [6], [22] – розроблення принципової схеми визначення положення бурильної колони; [7] – розроблення методики оцінки довговічності та залишкового ресурсу довгомірних об’єктів; [8] – розроблення програмного забезпечення для розрахунку довговічності з урахуванням зниження границі витривалості; [9], [27] – розроблення удосконаленої методики урахування асиметрії циклу при розрахунках на довговічність; [10], [31] – розроблення програмного забезпечення для аналізу результатів вимірювання натягу геофізичного кабелю; [11] – проведення експериментальних досліджень та аналіз результатів; [12] – розроблення методу оцінки залишкового ресурсу насосних штанг за кінетичними кривими втоми; [13] – розроблення методики експериментального визначення сили гідравлічного опору рухові геофізичного кабелю і каротажного пристрою; [14] – аналіз результатів тарування удосконаленого динамографа; [15], [34] – оцінка впливу навантаженості на довговічність насосних штанг; [16] – розроблення методики прогнозування залишкового ресурсу за кінетичними кривими втоми; [17] – аналіз відмов колони насосних штанг за відносною глибиною; [18] – розроблення рівняння нижньої гілки кривої корозійної втоми; [28] – розроблення удосконаленої методики урахування низькоамплітудних циклів напружень при розрахунках на довговічність; [30] – обґрунтування доцільності використання методу вкладених циклів для розрахунків довговічності при випадковому навантажуванні; [32] – обґрунтування методу підсумовування втомних пошкоджень при багаточастотному випадковому навантажуванні; [33] – розроблення програмного забезпечення для оцінки параметрів динамограми при використанні удосконаленого динамографа.
Методики, аналітичні і емпіричні залежності, програми для виконання розрахунків на ПК і отримані результати, які виносяться на захист, належать особисто автору. Усі винаходи, зроблені в ході виконання роботи, є результатом колективної творчості.
Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи доповідались та обговорювались на: 6, 7 Міжнародних симпозіумах українських інженерів-механіків (м. Львів, 2003, 2005); Міжнародних наукових конференціях, (м. Бая-Маре, Румунія, 2003, 2004, 2006); ІІ Міжнародній науково-технічній конференції “Проблеми динаміки і міцності в газотурбобудуванні” (м. Київ, 2004); Міжнародних науково-технічних конференціях „Інтегровані комп’ютерні технології в машинобудуванні” (м. Харків, 2003, 2005); 8 Міжнародній науково-практичній конференції „Нафта і газ України” (Судак, 2004); 2 Міжнародному симпозіумі “Hydrocarbons& Chemistry” (м. Жардея, Алжир, 2004); Міжнародній науково-практичній конференції до 40-річчя ІФНТУНГ (м. Івано-Франківськ, 2007).
Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 34 роботи, з яких 21 стаття у фахових виданнях України, 4 – патенти України, 9 – у збірниках праць та тез міжнародних конференцій.
Структура дисертації.
Дисертація складається із вступу, шести розділів, висновків, списку використаних джерел, що містить 277 найменувань на 26 сторінках, та 4 додатків на 73 сторінках. Робота містить 112 рисунків (9 – на окремих сторінках) та 23 таблиці (4 – на окремих сторінках). Загальний обсяг дисертації – 378 сторінок, з них основного тексту 265 сторінок.
основний зміст роботи
У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, сформульовано мету роботи, завдання та методи досліджень, наукову новизну, практичне значення отриманих результатів, а також перелік місць апробації роботи.
У першому розділі досліджено сучасний стан проблеми оцінки навантаженості та довговічності рухомих елементів свердловинного обладнання (РЕСО).
Проведено аналіз аварійності бурильних колон, колон насосних штанг, геофізичних кабелів. Аналіз свідчить, що домінантними і найбільш небезпечними їх відмовами є руйнування через корозійно-втомні пошкодження. В першу чергу, це пов’язано з навантаженістю РЕСО, яка характеризується великою складністю як по їх довжині, так і в часі.
Зокрема, напруження, які виникають у бурильних колонах (БК) у процесі експлуатації, значною мірою є випадковими функціями часу. Специфікою процесу навантажування БК є чітко виражений блоковий характер. Так, можна виділити такі режими роботи БК: спуск, безпосередньо буріння, піднімання. Особливим режимом є також ремонтно-відновлювальні роботи, пов’язані зі значними перевантаженнями БК. З точки зору аварійності БК дія змінних напружень і, як наслідок, розвиток втомних процесів, має особливу небезпеку. Процес накопичення втомних пошкоджень, на відміну від зношування, не піддається візуальному контролю. При визначених умовах період докритичного підростання тріщини може бути меншим, ніж прийнятий період дефектоскопії бурового інструмента. Характерною особливістю відмов такого типу є те, що вони мають вузьколокалізований характер, відбуваються раптово, навіть під час спуско-піднімальних робіт.
Процес навантажування колони насосних штанг (КНШ), на відміну від навантажування БК, відрізняється значно більшою однорідністю, особливо при роботі у малодебітних свердловинах, характерних для України. Але структура процесу надзвичайно складна. На основну детерміновану складову ваги колони штанг з вагою і без ваги суміші в колоні насосно-компресорних труб накладається вібраційна, практично випадкова, складова з великим розкидом значень як амплітуд, так і частот. Як відомо, свердловини України характеризуються значною викривленістю в нижній частині. Тому ще слід звернути увагу на значний вплив локальних циклічних напружень згину на викривлених ділянках, які є основною причиною корозійно-втомного руйнування КНШ у нижній, менш напруженій осьовими силами розтягу частині.
Геофізичний кабель (ГФК) під час проведення каротажних робіт також працює в досить складних умовах. Специфікою роботи ГФК є велика кількість випадкових прихоплень під час піднімання каротажного пристрою, що призводить до значних перевантажень і динамічних коливань. Нерідко такі прихоплення стають причиною обриву кабелю, що несе великі матеріальні збитки, а в деяких несприятливих випадках – навіть ліквідацію свердловини.
Таким чином, особливістю експлуатації РЕСО є те, що вони підлягають впливу нестаціонарного навантажування з досить складною структурою.
Тому проведено аналіз сучасних наукових напрямків щодо вирішення проблеми оцінки довговічності деталей та елементів конструкцій, які працюють в умовах складного нестаціонарного навантажування.
Проведений аналіз свідчить, що на сучасному етапі немає загальноприйнятої дієвої методики оцінки довговічності в умовах випадкових навантажувань, особливо зі складною структурою (наприклад, широкосмугові нестаціонарні випадкові процеси, характерні для РЕСО). Тому питання розроблення методів, які б дали змогу враховувати складність процесу навантажування при розрахунках довговічності, має велику наукову і практичну цінність.