Снижение работы трения в резьбовых соединениях насосно-компрессорных труб направленным акустическим воздействием (стр. 4 )

Таблица 5 – Оптимальные характеристики воздействия УЗВ на процесс свинчивания-развинчивания (результаты расчета для труб НКТ диаметрами 33, 42, 60, 73, 89, 102, 114мм)

D, м	D/λ	λ, м	f, Гц	φ, градусы	х0/λ0	х0, м	U, В
33	0,502	0,0657	78075	45	0,000316	0,0000104	31,3
42	0,502	0,08362	61345	45	0,000316	0,0000133	39,9
60	0,502	0,11946	42941	45	0,000316	0,0000190	56,9
73	0,502	0,14535	35294	45	0,000316	0,0000231	69,3
89	0,502	0,1772	28949	45	0,000316	0,0000282	84,5
102	0,502	0,20309	25260	45	0,000316	0,0000323	96,8
114	0,502	0,22698	22601	45	0,000316	0,0000361	108,2

В дальнейшем можно достроить линейный план 23-1 до плана второго порядка с целью изучения окрестности оптимума. Мы же остановимся на этом значении, поскольку целью исследования является не только улучшение значения оптимума, но и исследование характера переноса условий получения оптимума (см. таблицу 4) (для НКТ с D=60 мм) на другие типоразмеры НКТ (таблица 5). Результаты их (таблица6) показывают, что, во-первых, степень снижения работы силы трения остается при оптимальных условиях, полученных на трубе с условным диаметром 60 мм, достаточно высокой, а, во-вторых, видно, что какой-либо значимой корреляции величины ∆A/a от диаметра трубы не наблюдается. Последнее свидетельствует, кроме прочего, о корректности введения безразмерного диаметра НКТ в виде D/λ.

Таблица 6 – Результаты опытов с разными диаметрами труб в условиях оптимума

D, мм	60	42	73	89
∆A/a, %	88	91	87	79
Примечание: Для НКТ с диаметрами 33, 102, 114 мм опыты не проводились.

ВЫВОДЫ

1 Теоретическими расчетами установлено, что неэффективность процесса свинчивания-развинчивания обусловлена проявлением сил трения, причем полезная работа по упругой деформации резьбы в ходе затяжки (создание так называемого «натяга») составляет не более 1%.

2 Разработана и апробирована установка и измерительная аппаратура для исследования процесса свинчивания-развинчивания НКТ с и без введения УЗВ в зону поверхностей трения резьбовых соединений.

3 В результате проведенных экспериментальных исследований установлено, что ультразвуковые колебания оказывают существенное влияние на процессы, происходящие на поверхностях трения замковых резьб, а именно:

3.1 Уменьшается величина силы трения и характер ее проявления, что уменьшает износ резьбы за счет уменьшения числа «задиров».

3.2 Уменьшается работа на трение (~88%), что способствует возрастанию ресурса работы резьбы.

3.3 Установлено, что при применении ультразвуковых колебаний в процессе свинчивания-развинчивания общей закономерностью является снижение моментов, необходимых для свинчивания соединений и для их развинчивания.

3.4 При свинчивании с применением ультразвуковых колебаний за счет уменьшения сил трения уменьшается температурный нагрев соединения на 80%, что положительно влияет на работу резьбовой пары, так как уменьшается риск возникновения «задира» поверхности витков резьбы и «прихватов».

3.5 Направление ввода УЗВ играет определяющую роль в эффективности процесса свинчивания-развинчивания: при расположении излучателя перпендикулярно оси трубы эффективность примерно в 1.5 раза меньше, чем под углом 450,

4 Определены оптимальные характеристики (частота и амплитуда) ультразвукового воздействия на процесс свинчивания-развинчивания НКТ:

4.1 Выявлены факторы, оказывающие наибольшее влияние на процесс свинчивания-развинчивания с точки зрения снижения работы силы трения при помощи введения УЗВ в зону контакта резьб муфты и ниппеля;. определены меры их влияния (коэффициенты уравнения регрессии).

4.2 В ходе крутого восхождения по градиенту получено значительное снижение работы силы трения по сравнению с начальными условиями; достигнут локальный оптимум: максимальное снижение составило 88% при следующих параметрах воздействия:

· - отношения диаметра НКТ к длине УЗВ D/λ=0.502,

· - угол ввода УЗВ в тело трубы φ=45 градусов,

· - амплитуды УЗВ х0=0.000019 м=19 мкм.

5 Получены критерии переноса установленных оптимальных параметров воздействия на любые типоразмеры НКТ:

5.1 В результате переноса оптимальных условий, полученных на трубе диаметром 60 мм, на другие типоразмеры труб, получены идентичные результаты (в пределах ошибки измерений), что свидетельствует об адекватности развитых представлений природе явления.

5.2 Практическая инвариантность эффекта уменьшения работы силы трения в процессе свинчивания-развинчивания от диаметра трубы свидетельствует также и о корректности проведенной процедуры обезразмеривания, так как перенос оптимальных условий производился при сохранении неизменным параметра D/λ.

6 Разработаны методика и аппаратура для использования ультразвуковых колебаний в процессе свинчивания-развинчивания НКТ в промысловых условиях (рекомендовано к внедрению в -Сервис» ).

Содержание работы опубликовано в следующих научных трудах:

1 Миндиярова надежности резьбовых соединений в процессе спуско-подъемных операций бурильной колонны.// Материалы научной сессии АГНИ по итогам 2004 года.- Альметьевск: АГНИ, 2005. – С. 85.

2 Миндиярова эксплуатации резьбовых соединений. //Материалы научной сессии АГНИ по итогам 2005 года Альметьевск: АГНИ, 2006. – С. 177-178.

3 , , Ризванов износостойкости замковых резьб.// Докл. Всероссийской научно-практической конференции «Большая нефть XXI века».- Альметьевск: АГНИ, 2006. С.280-281.

4 Миндиярова экспериментального стенда для изучения процесса свинчивания-развинчивания насосно-компрессорных труб.// Доклады Международной научно-практической конференции «Ашировские чтения».- Самара: СамГТУ, 2006. – С.112-114.

5 , , Кузнецов ресурса насосно-компрессорных труб за счет свинчивания с ультразвуком.// Материалы научной сессии АГНИ по итогам 2006 года.- Альметьевск: АГНИ, 2007. – С. 109-112.

6 , , Галеев износостойкости замковых резьб на экспериментальном стенде.// Тез. докл. 58-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых.- Уфа: УГНТУ, 2007. – С. 196-197.

7 , , Галеев насосно-компрессорных труб с применением ультразвука для увеличения их ресурса.// Тез. докл. 58-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых.- Уфа: УГНТУ, 2007. – С. 195-196.

8 , Миндиярова влияния ультразвука на процесс свинчивания-развинчивания насосно-компрессорных труб.// Докл. Всероссийской научно-технической конференции «Технологии нефтегазового дела».- Уфа-Октябрьский: УГНТУ, 2007. – С. 222-224.

9 , Миндиярова ультразвукового поля для повышения ресурса резьбового соединения НКТ //Нефтегазовое дело.- Уфа: Изд-во УГНТУ, 2008.- http://www. *****/authors/ GaleevAS/Mindiyarova NI 1.pdf

10 , Галеев ультразвука для уменьшения трения при свинчивании-развинчивании НКТ. //Ученые записки АГНИ. Том IV.- Альметьевск: АГНИ, 2008. – С. 86-87.

11 , Миндиярова ультразвукового поля для контроля степени затяжки с целью повышения ресурса резьбового соединения НКТ.// НТЖ «Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности (отечественный и зарубежный опыт)».- Москва: ВНИИОЭНГ, 2№12.- С. 25-28.

12 , , Сулейманов ультразвукового поля для повышения ресурса резьбового соединения НКТ.// НТЖ «Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море».- М.: ВНИИОЭНГ, 2№1.- С. 31-35.

13 , Миндиярова в резьбе в результате натяга. //Ученые записки АГНИ. Том IV. Альметьевск: АГНИ, 2009. – С. 137-144.

14 Миндиярова работы трения при свинчивании-развинчивании НКТ акустическим воздействием. //Ученые записки АГНИ. Том IV. Альметьевск: АГНИ, 2009. – С. 128-137.