Экспериментальное определение виброперегрузки на инструменте для расширения труб
Наведено результати експериментального дослідження динамічних характеристик гідродинамічного вібратора, у тому числі й вібронавантаження на інструменті для розширення діаметра бурових труб. Зіставлення результатів при випробуваннях на стенді й у промислових умовах дає задовільну збіжність, що підтв...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Геотехническая механика |
|---|---|
| Дата: | 2011 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2011
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/33601 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Экспериментальное определение виброперегрузки на инструменте для расширения труб / Ю.А. Жулай, А.С. Ворошилов // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2011. — Вип. 95. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-33601 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Жулай, Ю.А. Ворошилов, А.С. 2012-05-28T18:10:46Z 2012-05-28T18:10:46Z 2011 Экспериментальное определение виброперегрузки на инструменте для расширения труб / Ю.А. Жулай, А.С. Ворошилов // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2011. — Вип. 95. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/33601 622.245:532.538 Наведено результати експериментального дослідження динамічних характеристик гідродинамічного вібратора, у тому числі й вібронавантаження на інструменті для розширення діаметра бурових труб. Зіставлення результатів при випробуваннях на стенді й у промислових умовах дає задовільну збіжність, що підтверджує працездатність пристрою. Це обґрунтовує перспективність використання гідродинамічної кавітації в технологічних процесах по розширенню труб шляхом накладення вібронавантаження до 4000g із частотою f=3-12 кГц на інструмент для розширення. The results of an experimental investigation of some dynamical characteristics of hydrodynamic vibrator, including the vibration loads on the tool for drill pipes expanding, are given. The comparison of the vibration loads from tests on stand and in industrial environment gives satisfactory convergence of the results and thereby confirms the working capability of the tool. That proves the use prospectiveness of the hydrodynamical cavitation in some technological processes of tube expanding by applying the vibration load up to 4000g with frequency f=3-12kHz on expanding tool. ru Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України Геотехническая механика Экспериментальное определение виброперегрузки на инструменте для расширения труб The experimental definition of the vibration overload on the tube expanding tool Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Экспериментальное определение виброперегрузки на инструменте для расширения труб |
| spellingShingle |
Экспериментальное определение виброперегрузки на инструменте для расширения труб Жулай, Ю.А. Ворошилов, А.С. |
| title_short |
Экспериментальное определение виброперегрузки на инструменте для расширения труб |
| title_full |
Экспериментальное определение виброперегрузки на инструменте для расширения труб |
| title_fullStr |
Экспериментальное определение виброперегрузки на инструменте для расширения труб |
| title_full_unstemmed |
Экспериментальное определение виброперегрузки на инструменте для расширения труб |
| title_sort |
экспериментальное определение виброперегрузки на инструменте для расширения труб |
| author |
Жулай, Ю.А. Ворошилов, А.С. |
| author_facet |
Жулай, Ю.А. Ворошилов, А.С. |
| publishDate |
2011 |
| language |
Russian |
| container_title |
Геотехническая механика |
| publisher |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
The experimental definition of the vibration overload on the tube expanding tool |
| description |
Наведено результати експериментального дослідження динамічних характеристик гідродинамічного вібратора, у тому числі й вібронавантаження на інструменті для розширення діаметра бурових труб. Зіставлення результатів при випробуваннях на стенді й у промислових умовах дає задовільну збіжність, що підтверджує працездатність пристрою. Це
обґрунтовує перспективність використання гідродинамічної кавітації в технологічних процесах по розширенню труб шляхом накладення вібронавантаження до 4000g із частотою
f=3-12 кГц на інструмент для розширення.
The results of an experimental investigation of some dynamical characteristics of hydrodynamic vibrator, including the vibration loads on the tool for drill pipes expanding, are given. The
comparison of the vibration loads from tests on stand and in industrial environment gives satisfactory convergence of the results and thereby confirms the working capability of the tool. That
proves the use prospectiveness of the hydrodynamical cavitation in some technological processes
of tube expanding by applying the vibration load up to 4000g with frequency f=3-12kHz on expanding tool.
|
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/33601 |
| citation_txt |
Экспериментальное определение виброперегрузки на инструменте для расширения труб / Ю.А. Жулай, А.С. Ворошилов // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч. тр. — Днепропетровск: ИГТМ НАНУ, 2011. — Вип. 95. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT žulaiûa éksperimentalʹnoeopredelenievibroperegruzkinainstrumentedlârasšireniâtrub AT vorošilovas éksperimentalʹnoeopredelenievibroperegruzkinainstrumentedlârasšireniâtrub AT žulaiûa theexperimentaldefinitionofthevibrationoverloadonthetubeexpandingtool AT vorošilovas theexperimentaldefinitionofthevibrationoverloadonthetubeexpandingtool |
| first_indexed |
2025-11-24T11:50:31Z |
| last_indexed |
2025-11-24T11:50:31Z |
| _version_ |
1850464880255041536 |
| fulltext |
УДК 622.245:532.538
Ю.А. Жулай, в. н. с.
А.С. Ворошилов, м. н. с.
(ИТСТ НАН Украины)
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВИБРОПЕРЕГРУЗКИ
НА ИНСТРУМЕНТЕ ДЛЯ РАСШИРЕНИЯ ТРУБ
Наведено результати експериментального дослідження динамічних характеристик гід-
родинамічного вібратора, у тому числі й вібронавантаження на інструменті для розширен-
ня діаметра бурових труб. Зіставлення результатів при випробуваннях на стенді й у про-
мислових умовах дає задовільну збіжність, що підтверджує працездатність пристрою. Це
обґрунтовує перспективність використання гідродинамічної кавітації в технологічних про-
цесах по розширенню труб шляхом накладення вібронавантаження до 4000g із частотою
f=3-12 кГц на інструмент для розширення.
THE EXPERIMENTAL DEFINITION OF THE VIBRATION
OVERLOAD ON THE TUBE EXPANDING TOOL
The results of an experimental investigation of some dynamical characteristics of hydrody-
namic vibrator, including the vibration loads on the tool for drill pipes expanding, are given. The
comparison of the vibration loads from tests on stand and in industrial environment gives satis-
factory convergence of the results and thereby confirms the working capability of the tool. That
proves the use prospectiveness of the hydrodynamical cavitation in some technological processes
of tube expanding by applying the vibration load up to 4000g with frequency f=3-12kHz on ex-
panding tool.
При разработке нефтяных и газовых месторождений используются раз-
личные способы расширения диаметра буровых труб. Так фирма «Weather-
fopd» традиционно использует гидравлический способ, путем подачи высоко-
напорного потока жидкости под расширительный конус. Из практики извест-
но, что при таком способе расширения труб 50% энергии жидкости расхо-
дуется на преодоление сопротивления трения, а 50% – на саму операцию
расширения. При этом оптимизация технологического процесса расширения
осуществляется путем уменьшения трения c применением дорогостоящей
специальной смазки MSDS с молибденовыми присадками, что приводит к
значительным экономическим затратам.
В связи с выше изложенным, поиск новых способов и средств, применяе-
мых при расширении труб, продолжает оставаться актуальной задачей.
Одним из направлений решения этой задачи является уменьшение сопро-
тивления трения наложением вибронагрузки на расширяющий кон. Это оп-
ределяет цель работы: исследование возможности применения кавитацион-
ного гидродинамического вибратора (ГДВ) в технологии расширения диамет-
ра буровых труб для уменьшения трения за счет высокочастотной вибро-
нагрузки на инструменте и возможности отказа от применяемой смазки. Для
достижения поставленной цели решалась задача экспериментального опре-
деления динамических характеристик ГДВ, в том числе величины вибро-
нагрузки на расширяющем элементе (коне).
Для создания вибронагрузки на расширительном коне предложено ис-
пользовать оригинальный кавитационный генератор высокоамплитудных и
высокочастотных колебаний давления жидкости [1]. В нем реализуется ре-
жим периодически-срывной кавитации который преобразует стационарное
течение в дискретно-импульсное с частотой следования импульсов от 1 до 19
кГц. Исходными данными для расчета геометрических параметров гидравли-
ческого канала, являлись давление питания и расход через генератор. В ре-
зультате расчета по стандартным методикам [2] был выбран кавитационный
генератор с критическим сечением dкр = 1,4 мм.
Для экспериментального определения значений «размаха» и частот авто-
колебаний, а также вибронагрузок, создающих генератором на коне в осевом
и поперечном направлении, были проведены испытания на гидравлическом
стенде по схеме, которая представлена на рис.1.
1 – насос; 2 – кон; 3 – кавитационный генератор; 4 – дроссель; 5 – подпорный дрос-
сель;
6,7 – датчики пульсаций; 8 – датчик виброускорений; 9 – расходомер
Рис.1 – Схема гидравлическая для проведения испытаний по определению характери-
стик гидродинамического вибратора.
В качестве источника высокого давления – 1 использовалась насосная ус-
тановка «Посейдон 50/26-30» производства ТПХ «Днепровские заводы» c
максимальным давлением и расходом 50 Мпа и 26л/мин. и мощностью элек-
тропривода 30кВт.
Кон-2, инструмент расширения трубы – представляет собой (см. рис.2)
монолитную конструкцию с конической (10
0
) поверхностью, которая перехо-
дит цилиндрическую. На конце цилиндрической поверхности выполнены та-
рельчатые проточки для уплотнения полости за коном. Кон снабжен цен-
тральным каналом, в который с входной стороны вкручивается ГДВ. На на-
ружной поверхности имеются посадочные места для установки датчиков виб-
роускорений. Материал кона нержавеющая жаропрочная сталь типа ЭП-56.
Наружная поверхность кона не упрочнялась. Масса кона составляет 13,3 кг.
1 – кон; 2 – кавитационный генератор; 3 – гнезда под установку датчиков
виброускорений АВС-034; 4 – гнездо установки датчика ДДИ-20
Рис.2 – Схема проточной части расширительного кона с ГДВ.
Максимальный диаметр кона составляет 137,2 мм. В процессе испыта-
ний использовалась система измерений (СИ) со стандартными средствами,
которые прошли Госпроверку, и обеспечивали необходимый диапазон изме-
рений. Перечень измеряемых параметров приведен в таблице 1.
Таблица 1 – Перечень измеряемых параметров
№
п/п
Па-
ра-
метр
Наименование
параметра
Тип
датчика
Рабочий диапазон Основная
погреш-
ность, %
по амплитуде по часто-
те, Гц
1 Q Турбинный датчик ра-
схода жидкости
ТДР-8 0,05-0,5 л/с 0 1 0.5
2 Р1 Датчик давления ДДИ-20 0,05-130,5 МПа 0-20000 5.2
3 Р2 Датчик давления ДДИ-20 0,05-130,5 МПа 0-20000 5.2
4 a1 Акселерометр АВС-034 100000 м/с
2
20-30000 10
5 a2 Акселерометр АВС-034 100000 м/с
2
20-30000 10
6 Р1 Манометр класса 1,6 PIMA 0-100 МПа 0 – 1 1.6
7 Р2 Манометр класса 0,6 МТ160 0-16 МПа 0 – 1 0.6
8 Р2 Манометр класса 0,6 МТ400 0-40 МПа 0 – 1 0.6
При измерениях и обработке результатов испытаний использовалась
многоканальная плата ввода аналоговой информации в ПК с записью результатов
испытаний [3]. Значения физических величин и режим работы ГДВ определялись
при обработке записей датчиков давления и виброускорения после проведения
испытаний. Настройка режимов работы ГДВ на различных испытаниях
проводилась оператором вручную по показаниям манометров.
В процессе испытаний было установлено, что в гидравлической системе с
экспериментальным образцом гидровибратора при каждом значении устано-
вившегося давления на входе Р1, в диапазоне измерения значений давления Р2
0,05 0,7 возникают периодические колебания жидкости.
Из рисунка 3, на котором представлена копия участка осциллограммы при
Р1 = 40 МПа и Р2 = 8,2 МПа, видно что на выходе экспериментального образца
гидровибратора наблюдаются колебания давления жидкости Р2, которые но-
сят ударный характер. Такой вид колебаний в гидродинамике имеет название
пульсаций давления, которые характеризуются частотой и размахом колеба-
тельной величины давления жидкости. Это говорит про не акустическую
природу этих колебаний и дает основание утверждать, что наблюдаемые ко-
лебания обусловлены возникновением в проточной части гидровибратора ре-
жима периодически-срывной кавитации.
Рис.3 – Копия осциллограмма записи параметров работы ГДВ
При анализе результатов испытаний установлено, что зависимость «раз-
маха» колебаний Р2 = Р2max – P2min от соотношения Р2/Р1 носит нелинейный
характер (см. рис.4) с ярко выраженным максимумом в районе Р2/Р1 0,2, за
исключением режима при Р1 = 10МПа, где максимум наблюдается в районе
соотношения Р2/Р1 = 0,3.
Частота f пульсаций давления Р2, обусловленная схлопыванием каверн,
наблюдается в диапазоне от 1 до 19 кГц (см. рис.5) и с ростом давлений пита-
ния Р1 и подпора Р2 возрастает. Зависимость f (Р2/Р1) носит характер близкий
к линейному.
Как видно из представленных на рис.6 данных, максимальные значения
виброперегрузки, как в осевом так и в радиальном направлении, реализуются
в диапазоне измерения соотношения Р2/Р1 = 0,15 0,4, в то время как макси-
мум пиковых значений размаха колебаний соответствует соотношению Р2/Р1
0,2.
На этом же рисунке приведена зависимость вибронагрузки кона от соот-
ношения Р2/Р1 в процессе расширения трубопровода при давлении питания Р1
= 21 МПа. Сопоставление вибронагрузок кона при испытании на стенде и в
промышленных условиях дает удовлетворительную сходимость результатов,
что подтверждает работоспособность устройства.
На основании выше изложенного сделать следующие выводы:
Приведенные результаты экспериментального определения динамических
характеристик ГДВ обосновывают целесообразность и перспективность ис-
пользования гидродинамической кавитации в технологических процессах по
расширению труб путем наложения вибронагрузки до 4000g с частотой f = 3-
12 кГц на инструмент для расширения.
Рис.4 – Зависимость размаха колебаний за ГДВ от режима его работы
Рис. 5 – Зависимость частоты колебаний давления за ГДВ от режима его работы.
Рис.6 – Зависимость виброперегрузки на корпусе кона от режима работы ГДВ
Перспективы дальнейших исследований в данном направлении заклю-
чаются в определении эффективности наложения вибронагрузки на инстру-
мент при проведении опытно-промышленных испытаний и поиске рацио-
нальных геометрических и режимных параметров генератора с оптимальны-
ми величинами амплитуд и виброускорений, позволяющих максимально ин-
тенсифицировать технологический процесс расширения труб с минимальны-
ми энергетическими затратами.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. А.с. 1232296 СССР, МКИ В 06 В 1/18. Генератор колебаний давления жидкости / В.В. Пилипенко,
В.А. Задонцев, И.К. Манько, Ю.А. Жулай, Н.А. Дзоз. – № 3772504/24-28; заявл. 19.07.84; опубл. 23.05.86,
Бюл. № 12 – 2 с.: 1 ил.
2. Пилипенко В.В. Кавитационные автоколебания: монография / В.В. Пилипенко. – К: Наук. думка,
1989. – 316 с
3. Зберовский В.В. Стендовая установка для моделирования работы кавитационного генератора в сква-
жине / Зберовский В.В., Жулай Ю.А., Ангеловский А.А., Чугунков И.Ф. // Геотехническая механика. Межве-
домственный сборник научных трудов. Выпуск 82. ИГТМ НАН Украины. – Днепропетровск, 2009. –
С.190-198.
|