Введение к работе
Актуальность проблемы. Эффективность процесса бурения нефтяных и газовых скважин в значительной мере зависит от безотказности и долговечности применяемого оборудования, в частности, бурового насоса, являющегося одним из ответственных звеньев буровой установки. Высокая агрессивность промывочной жидкости, используемой при бурении сквакнн, в сочетании с высокими статическими и циклическими нагрузками обусловливает возникновение и развитие различных процессов коррозионно-механического разрушения металла, являющихся одной из основных причин частых отказов элементов гидравлической части бурового насоса.
Гидрокоробка является одной из наиболее металлоемких и дорогостоящих деталей бурового насоса.
На рабочих поверхностях гидрокоробки, образующих неподвижные контактные уплотнения с соприкасающимися поверхностями других деталей, возникают глубокие раковины, изменяются форма и размеры этих поверхностей, что приводит к потере герметичности уплотнения и, как следствие этого, к потере работоспособности насоса.
В настоящее время для устранения повреждений гидрокоробки в условиях буровой в основном применяется метод зачеканий вязкого металла, в частности свинца, в объеме дефекта. Однако этот метод не надежный; качество ремонта низков, а при нарушении формы и размеров поверхности он не приемлем. Использование наплавки требует последующей механической обработки, что можно осуществлять только на ремонтном предприятии. Кроме того при наплавке создаются значительные остаточные напряжения в металле гидрокоробки, приводящие к образованию трещин.
Учитывая металлоемкость, высокую стоимость и дефіцитності гидрокоробок буровых насосов, изыскание более эффективных и ш дежных методов их ремонта в условиях буровой, обеспечивающих і становление поверхностей, образующих неподвижные контактное ут лотнения, является важной народнохозяйственной задачей.
Целью работы являлась разработка методики создания блочнь полимерных герметизаторов с заданным ресурсом для устранения г вреадений на сопряженных поверхностях неподвижных контактных у лотнений гидрокоробок буровых насосов.
Основные задачи исследования определялись сформулированнс выше целью и предусматривали:
выявление влияния материала и конструктивных факторов н прочность и износостойкость блочного герметизатора;
изучение герметичности неподвижного контактного ушютне с локальным блочным герметизатором в стыке соприкасающихся пов ноствй;
изучение сопротивления блочного герметизатора усталости при различных ре;шлах нагружения в эксплуатационной среде и ра: работка математической модели этого процесса;
разработка методики прогнозирования долговечности блочні герметизатора;
разработка технологических основ применения блочных полі мерных герметизаторов при ремонте гидрокоробок буровых насосов,
Общая методика исследования. Для решения поставленных зад; разработана комплексная методика теоретического анализа и экспе риментальных исследований работоспособности локальных полімерні герметизаторов в неподвижных контактных уплотнениях гидрокоробс буровых насосов, базирующаяся на фундаментальных положениях км тической теории прочности твердых тел, теории вязкоупругости, I
5.
рий контактирования твердых тел. При экспериментальных исследованиях использовались методы дисперсионного и регрессионного анализа, обеспечивающие получение результатов исследований с заданной надежностью.
Достоверность результатов подтверждается как математическим обоснованием, так и результатами экспериментального исследования в лабораторных условиях.
Научная новизна. В диссертационной работе впервые:
-
Разработана методика конструирования блочных контактных полимерных герметизаторов с заданным ресурсом для ремонта неподвижных контактных уплотнений в гидрокоробках буровых насосов.
-
Предложена методика определения допустимых численных значений показателей качества герметизатора, исходя из его назначения и планируемого ресурса бурового насоса.
-
Разработана математическая модель сопротивления герметизатора усталостному разрушению, устанавливающая взаимосвязь между временем до разрушения герметизатора и режимом его нагруления в заданных эксплуатационных условиях.
-
Разработана математическая модель уплотняющей способности герметизатора, устанавливающая взаимосвязь мезду величиной утечки жидкости через контактное уплотнение и геометрическими размерами поверхностей, образующих это уплотнение, их шероховатостью, деформационными характеристиками герметизатора и величиной контактного давления.
-
Установлена взаимосвязь между интенсивностью изнашивания герлетизатора в паре трения с уплотнительнкм кольцом цилиндровой втулки и режимом трения при циклическом нагружении этого кольт в абразивосодержащей жидкости, позволяющая оценить ресурс герметизатора при различных режимах работы бурового насоса.
6.
6. Установлено влияние масштабного фактора на прочность герметизатора при контактном нагружении. Показано, что при одном и том же объеме герметизатора с увеличением площади его поперечного сечения и уменьшением длины прочность повышается, что обусловлено уменьшением числа дефектов.
Практическая ценность и реализация результатов работы. Разработанная методика конструирования обеспечивает создание локальных блочных герлетизаторов с оптимальным комплексом свойств для ремонта различных неподвижных контактных уплотнений гидрокоробок буровых насосов. На основании этой методики может быть рассчитан ожидаемый ресурс различных конструкций герлетизаторов в заданных условиях эксплуатации.
Результаты исследований могут быть использованы производственными предприятиями нефтегазовой промышленности, занимающимися эксплуатацией и ремонтом бурового оборудования.
Разработанные математические модели могут быть использованы з системах автоматизированного проектирования ушготнительных эле ментов из полимерных материалов.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены на научном семинаре кафедры машин и оборудования неф гяной и газовой промышленности ГАНГ им. И.М.Губкина.
Публикации. Основное содержание диссертационной работы отра :хено в 2-х статьях. Перечень публикаций приведен в конце авторе-te рата.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введе ния, четырех глав, заключения, где приведены основные выводы и результаты, списка литературы и 4 приложения.
