Методика исследования износа резьбы бурильных труб при многократном свинчивании и выдержке под нагрузкой

Цель исследования. Разработка методики исследования износа резьбы бурильных труб при многократном свинчивании и выдержке под нагрузкой.
Методы. Для исследований используется стенд ИРС-1, который представляет собой устройство для создания крутящего момента до 80 кНхм и передачи его на свинчиваемую трубу. Стенд оснащен датчиком момента свинчивания и системой управления, реализующей свинчивание до достижения заданного момента затяжки или периодическое приложение момента к свинченной резьбовой паре. Методика испытаний с использованием стенда ИРС-1 представляет собой следующую последовательность действий: перед началом испытаний удаляются резьбовые протекторы; резьбы на ниппеле и втулке очищаются от консервационной смазки и следов коррозии сухим протиранием и последующим обезжириванием; резьба на ниппеле обмеряется согласно карте замеров с помощью калибра. Калибр изготовлен на основе отпечатка резьбовой поверхности и представляет собой пластинку с вырезами в форме поперечного сечения четырех ниток резьбы. Зазор между калибром и резьбой измеряется с помощью набора щупов: от 0,01 до 0,09 мм – с шагом 0,01 мм, свыше 0,1 мм до 0,45 мм – с шагом 0,05 мм, свыше 0,5 мм до 1 мм – с шагом 0,1 мм.
Результаты. Спроектирован и создан новый триботехнический стенд модели ИРС-1, позволяющий реализовывать различные методики исследования износа резьбы бурильных труб при многократном свинчивании и выдержке под нагрузкой. Важной особенностью спроектированного стенда является его оснащение датчиком момента свинчивания и системой управления, реализующей свинчивание до достижения заданного момента затяжки или периодическое приложение момента к свинченной резьбовой паре. Максимальный крутящий момент, создаваемый стендом, составляет 80 кНм. Разработана частная методика, включающая в себя требования стандарта API 7G-2 и показавшая свою эффективность при исследовании износа резьбы стальных бурильных труб. Для реализации методики разработан специальный калибр, изготовленный на основе отпечатка резьбовой поверхности и представляющий собой пластинку с вырезами в форме поперечного сечения четырех ниток резьбы. В границах методики разработана карта замеров с двумя выделенными областями измерений. Создан алгоритм свинчивания трубы с равномерной скоростью, включающий в себя три этапа. Разработан алгоритм измерений с использованием реперных меток, при использовании которого реализуются замеры в четырёх точках каждой выделенной области.
Заключение. Полученные результаты могут быть использованы при создании ресурсосберегающих технологий обработки слитковых, порошковых и нанокомпозиционных материалов с различной дисперсностью фазовых и структурных составляющих, эксплуатируемых в экстремальных условиях и состояниях.

1. Семин В.И. Применение современных методик проектирования резьбовых соединений труб нефтегазового сортамента // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. 2012. № 7. С. 6-9.

2. Семин В.И. Совершенствование конструкций резьбовых соединений труб нефтегазового сортамента и забойных двигателей // Вестник Ассоциации буровых подрядчиков. 2013. № 1. С. 33-37.

3. Басович В.С., Буяновский И.Н., Петункин И.В. Влияние момента крепления замковых соединений на эксплуатационные характеристики алюминиевых бурильных труб // Бурение и нефть. 2016. № 4. С. 42-47.

4. Мукашев Н.Б. Герметичность резьбовых соединений бурильных труб // СЕВЕРГЕОЭКОТЕХ-2013: материалы ХIV международной молодежной научной конференции: в 5 ч. Ухта, 2013. С. 122-125.

5. Кузьминых Д.В. Совершенствование методов повышения долговечности замкового соединения бурильной колонны при многократном свинчивании // Севергеоэкотех-2011: материалы ХII международной молодежной научной конференции: в 5 ч. Ухта, 2011. С. 140-145.

6. Вахрушев А.В. Высокомоментные резьбовые соединения бурильных труб. Опыт применения // Нефть. Газ. Новации. 2014. № 11 (190). С. 17-20.

7. Семин В.И. Поверхностное упрочнение замковой резьбы методом карбонитрации // Нефтяное хозяйство. 2004. № 12. С. 104-106.

8. Пат. 2624274 Российская Федерация, МПК С21Д 1/09, В23К 26/352. Способ обработки резьбового соединения бурильных труб из титановых сплавов / Асташов А.А., Никитин А.В., Дмитров А.И., Селюта П.П.; заявитель и патентообладатель «АО Центральное конструкторское бюро морской техники «Рубин». №2015149445; заявл. 17.11.2015; опубл. 03.07.2017. Бюл. № 19.

9. Investigation of the pivoting friction of shkh15 steel over R6M5 and 10R6M5-MP steel with the use of mathematical modeling / A.D. Breki, A.G. Kolmakov, A.E. Gvozdev, N.N. Sergeev // Inorganic Materials: Applied Research. 2019. Vol. 10. № 4. P. 927-932.

10. Breki A.D., Gvozdev A.E., Kolmakov A.G. Semiempirical mathematical models of the pivoting friction of SHKh15 steel over R6M5 steel according to the ball–plane scheme with consideration of wear // Inorganic Materials: Applied Research. 2019. Vol. 10. № 4. P. 1008-1013.

11. Журавлев Г.М., Гвоздев А.Е. Обработка сталей и сплавов в интервале температур фазовых превращений. Тула: Изд-во ТулГУ, 2016. 320 с.

12. Журавлев Г.М., Гвоздев А.Е. Пластическая дилатансия и деформационная повреждаемость металлов и сплавов. Тула: Изд-воТулГУ, 2014. 114 с.

13. Mechanism of the hydrogen cracking of metals and alloys, part I (review) / N.N. Sergeev, A.N. Sergeev, S.N. Kutepov, A.E. Gvozdev, A.G. Kolmakov // Inorganic Materials: Applied Research. 2019. Vol. 10. № 1. P. 24-31.

14. Mechanism of the hydrogen cracking of metals and alloys, part II (review) / N.N. Sergeev, A.N. Sergeev, S.N. Kutepov, A.E. Gvozdev, A.G. Kolmakov // Inorganic Materials: Applied Research. 2019. Vol. 10. № 1. P. 32-41.

15. Гвоздев А.Е. Экстремальные эффекты прочности и пластичности в металлических высоколегированных слитковых и порошковых системах. 2-е изд., исправ. и доп. Тула: Изд-во ТулГУ, 2019. 477 с.

16. Физико-механические и коррозионные свойства металлических материалов, эксплуатируемых в агрессивных средах / Н.Н. Сергеев, А.Н. Сергеев, С.Н. Кутепов, А.Е. Гвоздев, М.В. Ушаков, В.В. Извольский. Тула: Изд-во ТулГУ, 2019. 553 с.

17. Пат. 2707374 Российская Федерация, МПК В23К 26/38. Способ формирования упрочненного поверхностного слоя в зоне лазерной резки деталей из легированных конструкционных сталей / Сергеев Н.Н., Минаев И.В., Тихонова И.В., Гвоздев А.Е., Сергеев А.Н., Колмаков А.Г., Кутепов С.Н., Малий Д.В., Голышев И.В.; заявитель и патентообладатель ООО «МЕТАЛЛИКА71». № 2019115250; заявл. 17.05.2019; опубл. 26.11.2019. Бюл. № 33.

18. Пат. № 2695715 Российская Федерация, МПК В23К26/38. Способ формирования упрочненного приповерхностного слоя в зоне лазерной резки деталей / Минаев И.В., Сергеев Н.Н., Тихонова И.В., Гвоздев А.Е., Сергеев А.Н. , Алявдина Е.С.; заявитель и патентообладатель ООО НПП «ТЕЛАР». № 2018140047; заявл. 14.11.2018; опубл. 25.07.2019. Бюл. № 21.

19. Исследование производительности процесса получения порошков методом электроэрозионного диспергирования / Е.В. Агеев, Б.А. Семенихин, Е.В. Агеева, Р.А. Латыпов, Н.А. Пивовар // Известия Курского государственного технического университета. 2010. № 4 (33). С. 76-82.

20. Использование твердосплавных электроэрозионных порошков для получения износостойких покрытий при восстановлении и упрочнении деталей машин и инструмента / Е.В. Агеев, А.А. Давыдов, Е.В. Агеева, А.С. Бондарев, Е.П. Новиков // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2013. № 1. С. 32-38.

21. Оценка влияния жидкого смазочного композиционного материала с наночастицами геомодификатора на трение в подшипниковом узле / А.Д. Бреки, О.В. Толочко, Н.Е. Стариков, Д.А. Провоторов, Н.Н. Сергеев, Е.В. Агеев, Гвоздев А.Е. // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Техника и технологии. 2015. № 3 (16). С. 17-23.