Российский цифровой метод может укрепить нефтедобывающие установки

29.11.2022 - 7:19   492

Повысить прочность стальных канатов для нефтедобывающих установок без этапа предварительных испытаний образцов на практике поможет методика цифровых двойников, разработанная в ВолгГТУ, считают ученые вуза. Результаты исследования опубликованы в журнале The International Journal of Advanced Manufacturing Technology.

В работе 2/3 всех добывающих нефтяных скважин мира используются штанговые насосы, на которых в качестве привода установлены станки-качалки. Они соединены с насосом, погруженным в скважину, стальной штангой. В последние годы штангу начали заменять на специальный стальной канат, позволяющий размещать насос в наклоненной скважине малого диаметра, рассказали в Волгоградском государственном техническом университете (ВолгГТУ).

Вместе с тем возникла проблема повышения эксплуатационной надежности таких канатных штанг. Из-за недостаточной прочности они приходят в негодность, что тормозит процесс нефтедобычи. Поэтому на сегодняшний день оптимизация их конструкции в нефтедобывающих установках востребована практически, добавили ученые.

Традиционно стальные тросы и канаты проектируют согласно научно-технической документации, и экспериментально определяют, какое усилие способен выдержать спроектированный образец. В то же время алгоритмы расчета прочности не могут учесть всех конструктивных особенностей, например, размера и формы проволок в слоях или величину зазоров между проволоками, объяснили специалисты.

Понимая имеющиеся трудности, ученые из ВолгГТУ разработали метод расчета необходимых параметров для сборки каната с помощью его цифрового двойника. То есть на базе компьютерных программ специалисты создают детальную 3D-модель проектируемого каната и подбирают оптимальное соотношение параметров конструкции.

«В результате исследования сделан вывод о достоверности компьютерного моделирования поведения при различных схемах нагрузки на сложную многоэлементную систему, которой является закрытый многослойный стальной канат», — рассказал заведующий кафедрой «Материаловедение и композиционные материалы» ВолгГТУ Леонид Гуревич.

Он добавил, что исследователи вуза выявили влияние минимальных изменений размеров элементов конструкции на распределение напряжений и деформаций по изделию.Далее спроектированный канат изготавливают в металле и передают для натурных испытаний сертифицированной организации. Это позволяет сократить количество повторяющихся дорогостоящих испытаний.

Цифровой двойник позволяет проверить несколько альтернативных вариантов соотношения параметров, выявить достоинства и недостатки каждого и выбрать оптимальный, что позволяет экономить не только деньги, но и время при постановке на производство новых видов конструкции, пояснил эксперт.

«Сейчас мы разрабатываем оптимальный канат, будем уточнять наиболее соответствующие диаметры проволок, зазоры между ними и сопоставлять результаты внесения различных изменений. По нашим расчетам, метод позволит повысить нагрузочную способность канатной штанги нефтедобывающих установок на 20 процентов», — продолжил Гуревич.

Специалист обратил внимание, что расчет фактических свойств проволочных изделий методом компьютерного моделирования уже опробован при конструировании проводов воздушных линий электропередач и грозозащитных тросов. Разработанные образцы обеспечили большую прочность, чем у тех, которые уже используются в промышленности.

Дальнейшая задача научного коллектива — объединить возможности с ведущими организациями, проектирующими и производящими канатную продукцию, для выпуска высококачественных стальных компонентов нефтедобывающих установок, дополнил Леонид Гуревич.

Направление данного исследования входит в стратегический проект ВолгГТУ в рамках программы «Приоритет-2030». В программе развития вуза заложены четыре стратегических проекта, в том числе «Центр цифровых научно-образовательных проектов и разработок» и «Технологии для промышленного инновационного кластера».

Выбор читателя

Топ недели

Для правильного функционирования этого сайта необходимо включить JavaScript.
Вот инструкции, как включить JavaScript в вашем браузере.