Розвиток наукових основ оцінки впливу навантаженності на довговічнічність рухомих елементів свердловинного обладнання (стр. 7 из 9)
У результаті проведених випробувань на тріщиностійкість визначено такі значення параметрів залежності швидкості підростання тріщини за рівнянням
: С=2,4*10-12 м7/Н4; n=4. Також визначено параметр К* відповідно до залежності 
: К*=14,3 МПа м1/2.Втомні випробовування для визначення параметрів кривої втоми індикаторів і вирощення початкової тріщини проводились на розробленому стенді. За результатами втомних випробовувань плоских зразків-індикаторів без вирощеної тріщини визначено такі параметри кривої втоми: N0=3767600; V=15,5 МПа;
0=83,7 МПа; 
=0,032. При використанні індикаторів для оцінки навантаженості необхідно мати параметри кривої втоми індикаторів з різною попередньо вирощеною тріщиною. Для зменшення кількості експериментів використано кінетичні криві втоми. Визначено необхідне число відпрацьованих циклів для зниження границі витривалості індикаторів у межах від 83,7 до 40 МПа. Наприклад, для границі витривалості 40 МПа довжина тріщини була рівною 2,32 мм.Для визначення залишкового ресурсу КНШ у типових умовах експлуатації проведено експериментальні випробування насосних штанг з різним корозійно-втомним пошкодженням: нових, після 4 і після 8 років експлуатації.
Генеральну вибірку експериментальних даних наведено на рис. 9. У результаті обробки з допомогою розробленої методики отримано такі параметри усередненої кривої втоми (рис. 9) у вигляді (10-12):
6,1·107 МПа; 
61 МПа; 
450 МПа; 
1·106 циклів; 
=2 МПа.Наступним етапом обробки є визначення параметрів кінетичних кривих корозійної втоми насосних штанг. Результати розрахунку, проведені згідно з розробленою методикою, наведено в таблиці 1.
Таблиця 1
Параметри кінетичних кривих корозійної втоми насосних штанг
| Термін експлуатації К, роки |  , МПа |  , МПа |  , МПа |  , цикли | , МПа |  , МПа |  , МПа |  , МПа |
| К=0 (нові штанги) | 8,21·107 | 82,1 | 450 | 1·106 | 2,1 | 9,2·1011 | 11 | 4,5 |
| К=4 | 7,04·107 | 70,4 | 2,64·1011 | 3,25 | ||||
| К=8 | 5,47·107 | 54,7 | 4,74·1010 | 3,12 |
Аналіз результатів свідчить про тенденцію зменшення розкиду значень довговічності зі збільшенням терміну експлуатації. Це пояснюється тим, що в початковий період роботи (період припрацювання) було відбраковано і знято з експлуатації усі штанги з високим початковим ступенем пошкодження. Певну роль відіграє і складний характер експлуатаційного навантажування насосних штанг, яке є випадковим багаточастотним процесом з великим розкидом значень амплітуд та асиметрії. Такий складний характер навантажування та вплив корозійного чинника з часом призводить до згладжування закономірно високого розкиду довговічності деталей, тобто в нашому випадку до зменшення середньоквадратичного відхилення границі витривалості насосних штанг.
Кінетичні криві для медіанної імовірності неруйнування наведено на рис. 10.
Завершальним етапом обробки експериментальних даних є оцінка залишкового ресурсу насосних штанг після 8 років експлуатації в типових умовах. Для такої оцінки потрібно знати еквівалентне напруження
. Його було б досить легко визначити, знаючи еквівалентну кількість циклів напружень насосних штанг за рік експлуатації 
.Але при експлуатації насосних штанг визначення
є складною задачею. У першу чергу, це пояснюється випадковим характером навантажування, змінами режимів експлуатації та іншими випадковими факторами. Крім цього, у випадку складного багаточастотного навантажування, яке є характерним для насосних штанг, зробити висновок про еквівалентну кількість циклів напружень неможливо без значних спрощень при схематизації процесу. Тому для визначення використано розроблений метод за допомогою кінетичних кривих втоми.При досить великих термінах експлуатації насосних штанг можна вважати еквівалентну кількість циклів напружень за однаковий термін експлуатації
величиною незмінною. Тоді можна використати систему рівнянь (14), розв’язком якої і будуть шукані величини і . Розв’язок даної системи нелінійних рівнянь зображено на рис. 11 як перетин кривих. Отримано такі чисельні значення: =124000 цикли і =111,3 МПа.Тепер, маючи усі необхідні параметри, можна розрахувати залишковий ресурс насосних штанг
у роках за рівнянням 
. (15)Для медіанної імовірності неруйнування отримаємо залишковий ресурс
=8,5 років.ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ
У результаті проведення теоретичних і експериментальних досліджень отримано нове вирішення науково-технічної проблеми оцінки впливу навантаженості на довговічність і залишковий ресурс рухомих елементів свердловинного обладнання, зокрема, бурильних колон, геофізичних кабелів, колон насосних штанг, яке ґрунтується на закономірностях кінетики накопичення корозійно-втомного пошкодження, що дало можливість вдосконалити методи розрахунку їх довговічності та залишкового ресурсу.
1. Проведено оцінку експлуатаційного навантажування бурильної колони під час спуско-піднімальних операцій, колони насосних штанг та геофізичного кабелю. Встановлено, що характерними рисами експлуатаційного навантажування рухомого свердловинного обладнання є складний асиметричний широкосмуговий процес з великою кількістю випадкових високочастотних низькоамплітудних складових. Так, 90% розподілу напружень у верхній частині колони насосних штанг займають напруження з коефіцієнтом асиметрії більше 0,6 і амплітудами менше 20 МПа.
Проведено експериментальні дослідження натягу геофізичного кабелю під час спуско-піднімальних операцій. Аналіз одержаних результатів в умовах вертикальних свердловин дав змогу розрахувати сили гідравлічного опору для різних швидкостей виконання спуско-піднімальних операцій і різних каротажних приладів. Зауважено позитивний вплив збільшення швидкості на зменшення сили опору руху каротажних пристроїв, наприклад, для інклінометра сила гідравлічного опору при збільшенні швидкості від 0,056 до 0,84 м/с зменшується від 920 до 780 Н, і екстремальний характер сили питомого гідравлічного опору геофізичного кабелю при швидкості u=0,15 м/с, де вона складає 1,2 Н/м.
Розроблено удосконалені засоби:
а) вимірювання навантажень у верхній частині штангової колони (Патент України № 21964), який дає змогу виділяти високочастотні цикли навантажень КНШ і проводити безпосередній запис результатів вимірювань для їх обробки на ПЕОМ;
б) вимірювання зусиль в колоні бурильних труб (Патент України № 20126), який дає можливість вимірювати зусилля та визначати напруження в елементах бурильної колони на викривлених ділянках;
в) оцінювання навантажування геофізичного кабелю за допомогою індикаторів, який дає змогу попередити можливість обриву і проводити інтегральну оцінку навантаженості кабелю.
2. Розраховано локальні напруження згину в елементах бурильних колон і колон насосних штанг на викривлених ділянках із урахуванням сили розтягу і параметрів викривлення осі свердловини. Розрахункові схеми ґрунтуються на аналізі можливого положення колон в обмеженому просторі свердловини. Результати досліджень свідчать про значний вплив на локальні напруження згину сили розтягу. Так, якщо напруження розтягу внизу колони насосних штанг змінюються від 0 до 1,8 МПа при силі розтягу 500 Н, то напруження згину на ділянці з кутом викривлення 20º і радіусом 50 м – від 50,7 до 207,3 МПа. Таким чином, амплітуда згинаючих напружень досягає 78,3 МПа, що може служити основною причиною втомного руйнування колони насосних штанг у нижній частині на викривлених ділянках.