Пушкар Петро Васильович. Оцінка довговічності насосних штанг з урахуванням експлуатаційних факторів

brief description

Пушкар Петро Васильович. Оцінка довговічності насосних штанг з урахуванням експлуатаційних факторів : дис... канд. техн. наук: 05.05.12 / Івано-Франківський національний технічний ун-т нафти і газу. — Івано-Франківськ, 2007. — 218арк. — Бібліогр.: арк. 155-169

П.В. Пушкар. Оцінка довговічності насосних штанг з урахуванням експлуатаційних факторів. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.12 Машини нафтової і газової промисловості. Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу, Івано-Франківськ, 2007.
Дисертацію присвячено удосконаленню методів оцінки довговічності колони насосних штанг з урахуванням впливу суттєвих експлуатаційних факторів.
На основі інформації по відмовам КНШ в „Надвірнанафтогаз” здійснено статистичний аналіз аварійності елементів КНШ і визначено вплив експлуатаційних факторів на їх довговічність. Підкреслено значний вплив викривленості свердловин на частоту та розподіл відмов.
Розроблено методику аналітичного розрахунку напружень і зусилля притискання КНШ до стінок насосно-компресорних труб (НКТ) на скривлених ділянках. За даною методикою проаналізовано закономірності впливу профілю свердловини та параметрів КНШ на зусилля притискання та напруження згину в НШ.
Розроблено методику та необхідні засоби для дослідження впливу тертя НШ по НКТ на її корозійно-втомну довговічність. Результати досліджень дозволили зробити висновок про позитивний вплив фрикційної складової на корозійно-втомну довговічність НШ для мало скривлених свердловин (зусилля притискання до 100 Н).
Значну увагу приділено розробці удосконаленого засобу вимірювання навантажень, діючих в верхній частині штангової колони, який дозволяє виділяти високочастотні цикли навантажень КНШ і проводити безпосередній запис результатів вимірювань для їх обробки на ПЕОМ.
З допомогою розробленого удосконаленого динамографа з індукційним давачем переміщень проведено експериментальні дослідження з оцінки навантаженості КНШ в експлуатаційних умовах та розроблено розрахунково-експериментальний метод раціонального вибору кінематичних характеристик приводу. Удосконалено розрахункові методики оцінки впливу експлуатаційного процесу навантажування на довговічність насосних штанг, а саме, впливу багаточастотності та напружень, нижчих за границю витривалості матеріалу НШ.
Розроблено розрахунково-експериментальний метод з оцінки залишкового ресурсу КНШ в конкретних умовах експлуатації.

У результаті проведення теоретичних і експериментальних досліджень отримано нове вирішення науково-технічної задачі оцінки довговічності насосних штанг з урахуванням експлуатаційних факторів їх роботи.

Проведено статистичний аналіз аварійності КНШ в НГВУ ”Надвірнанафтогаз” за 2002-2004 роки. Знайдені залежності відмов колон від таких параметрів, як діаметр насоса, глибина його спуску, кривизна стовбура свердловини, обводненість, газовий фактор и наявність відкладень парафіну. Виявлено характер залежності частоти різного типу відмов від відносної глибини обриву.
Розроблено і обґрунтовано удосконалену аналітичну методику визначення сил та напружень в КНШ на викривленій ділянці з урахуванням зазору між НШ і НКТ. Результати досліджень за розробленою методикою дали можливість встановити, що раціональними з точки зору надійності КНШ є профілі свердловин, в яких радіуси викривлення не менші за 50 м. Досягнення великих кутів нахилу, навіть до горизонтальних ділянок, не є небезпечним при умові великих радіусів викривлення перехідних ділянок.
Розроблено удосконалений метод експериментального дослідження навантаження колони насосних штанг. Запропоновано конструкцію гідравлічного динамографа з індуктивним давачем малих переміщень. Проведені лабораторні та промислові дослідження конструкції показали її працездатність для експериментального визначення навантаження колони насосних штанг в експлуатаційних умовах.
Проведено оцінку експлуатаційного навантажування колони насосних штанг і його впливу на їх довговічність. Проаналізовано результати експлуатаційного навантажування насосних штанг на працюючих свердловинах, які отримані за допомогою розробленої конструкції динамографа з давачем малих переміщень. Розроблено розрахунково-експериментальний метод визначення довжини ходу та числа качань насоса для заданого діаметра плунжера, при яких можлива стабілізація динамічного рівня рідини, тобто узгодження припливу рідини з свердловини та подачі глибинного насосу. Розрахунки, проведені за даною методикою для дослідної свердловини, показали, що для підтримання необхідного динамічного рівня число качань балансира необхідно знизити до n = 2.15 кач./хв., а довжину ходу плунжера до 1 м.
Удосконалено розрахункову методику приведення до еквівалентного симетричного процесу низьких напружень спектра навантажування, яка враховує чутливість до асиметрії навантажування високого рівня. Обґрунтовано необхідність комплексного урахування параметрів навантажування і характеристик опору втомі НШ, які підлягають впливу багаточастотного навантажування.
Розроблено вдосконалену методику прогнозування довговічності і залишкового ресурсу КНШ в типових умовах експлуатації. З допомогою даної методики визначено параметри кінетичних кривих втоми НШ (нових, після 4 і 8 років експлуатації), а також залишковий ресурс після 8 років експлуатації, який становить 4,8 років. Дослідження показали зменшення медіанного значення границі витривалості за 8 років з 101 до 62,6 МПа.