автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.07, диссертация на тему:Методология расчета долговечности несущих элементов спуско-подъемного комплекса буровых установок

ГОСУДАРСТВЕННА! ОРДКА. ОКТЯБРЬСКОЙ РБЗОВДКИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАШШ АКАДЗЙ1Я Н1ЕТИ И ГАЗА 1!М. И.М.ГУШНА

Ка правах; рукописи УДК 522.24.05

КШЛОЛ ИЛЬ.ПАР ХАШФОВМ

МЕТОДОЛОГИЯ РАСЧЕТА ДОЛГОВЕЧНОСТИ НЕСУЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ СПУСКО-ПОдГЫЗлНУГО КОМПЛЕКСА БТОВЫХ УСТАНОВОК

Специальность 05.04,07 "Машины и агрегаты нефтяной и газовой промышленное ?и"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1991

Работа выполнена в Государственной ордена Октябрьской Революции и ордена "Трудового Красного Знамени академии нефти в газа именя И.М.Губкина.

Научннй руководитель - кандидат технических неук, доцент С.И.Ефамченно.

Официальные оппоненты:

- доктор технических наук, профессор М.Я.Иткис

- кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник И.М.Петрова

Ведущее предприятие - Научно-производственное объединение Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт нефтяного машиностроения.

Защита состоится " а-и, амЗтг года, в ча-

сов ка заседании Специализированного совета К 053.27.02 на соискание ученой степени кандидата технических наук в Государственной ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени академии нефти и газа имени И.М.Губкина по адресу:

117917, Москва, -ПШ-1, Ленинский проспект, д. 65.

С диссертацией моет о ознакомиться в библиотеке-ГАНГ имени И.М.Губкина.

Автореферат разослан

Ученый секретарь Специализированного совета

/

1 Г:\ 1

зтгцим

ОНЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Ачт£альность_п2обламы. Обеспечение высокого уровня качества я в паркую очередь долговечности машин - одна из коренных проблем доя отечественного нефтепромыслового машиностроения.

В настоящее время отсутствуй1 эффективные метода оценки и прогнозирования долговечности бурового оборудования на стадии проектирования, что не позволяет с достаточной точностью оценить потребность выпускаемого оборудования.

Существующие метода расчетов на прочность деталей з узлов бурового оборудования по запасам прочности не юзволяат оценить надежность многих элементов спуско-подаеглюго комплекса буровых установок (СПК БУ) в зависимости от использования их ресурса, а также сравнить уровень долговечности несущих элементов СПК БУ с различным напряженно-деформированным состоянием (НДС) (валы, подлинники, цепи и т.д.). Кроме того,, существующие методы расчета на прочность не позволяют в прямой форме сопоставить результаты расчета с наблюдениями за появлением отказов в эксплуатации.

Значительные резервы в борьбе за уменьшение металлоемкости машин и конструкций могут быть испольяованы в результате ^уточнения действующих норм и правил расчетов на прочность и долговечность.

Цель работы. Цельо настоящей работы является внесение дополнений в методики расчетов долговечности основных несущих узлов и деталей СПК БУ, позволяющих оценить на стадии проектирования уровень надежности выпускаемого оборудования в зависимости от использования его ресурсов, оценить надежность конструкции по критерию долговечности а оценить остаточный ресурс детали

на различной стадии эксплуатации бурового оборудования.

Основные задачи исследования. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задача:

- трансформировать известные метода расчета на долговечность применительно с СПК БУ;

- обосновать выбор нагрузочных статистик несущих элементов СПК БУ;

- апробировать предложенные методы расчетоз на примере расчета несущих элементов конкретной буровой установки;

- разработать рекомендации но назначении уровня ВБР несущих элементов СПК БУ;

- разработать предложения по оценке уровня равной долговечности СПК БУ, а также обосновать периодичность замон основных несущих элементов СПК 1У.

Научная новизна. Разработана методика расчета рэкаыа натру-жения основных несупдах элементов СПК Б}', позволяющая дифференцированно выявить компоненты спектра нагрузок от отдельных видов работ, выполняемых в процессе проводки скважины.

Разработана методика расчета несущих элементов СПК БУ, на выносливость, позволявшая оценить их долговечность в скважинах, пробуренных за срок службы. Оценка долговечности деталей СПК БУ в количестве пробуренных скважин за срок службы отражает взаимосвязь долговечности элементов СПК БУ с режимом его чагрукзввя. Предлагаемый метод расчета позволяет оценить возможность реализации рассматриваемым элементом главного показателя функционального назначения буровой установки - количества скважин подлежащих разбуриваюш за срок слукбы. Предлагаемая методика позволяет оценить долговечность несущих элементов с различным ЦДС и надек-ность.системы в целом.

ПЁ^тяч9сгая_цонность_]2абота. Разработанная методика позволяет количественно оценить различные СПК БУ одного класса по долговечности его несущих элементов на стадии проектирования.

Применение предлагаемой методики на стадии эксплуатации СПК БУ позволяет оценить остаточный ресурс несущих элементов.

Применение предлагаемой методики позволяет оценить потребность в запасных частях несущих элементов при эксплуатации в конкретном регионе страны.

Реализация работы. Предложенные в работе методики, а также сформулированные в ней рекомендации л выводы нашли свою реализации в НИР по теме JS 13/89, 90 "Исследование и .оптимизация техкико-экономических показателей бурового оборудования"; при проектировании ковнх буровых установок на Волгоградском заводе буровой техники. Разработанный в процессе решения поставленных задач пакет прикладных программ по расчетам элементов бурового оборудования на прочность применяется в учебном процессе ГАНГ имени И.М.Губкина.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались:

- на научно-технической конференции молодых ученых и специалистов в г.Альметьевске в 1987 году;

- на научно-практической конференции в г.Перми в октябре з 1988 году;

- на Всесоозной конференции "Роль молодеет в решении конкретных научно-технических проблем нефтегазового комплекса страны", пос. Красный Курган, июнь 1989 года;

- на семинарах кафедр Сопротивления материалов и строительной механики и Машин и оборудования нефтяной и газовой

промышленности ГАНГ им. И.М.Губкина.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ. Результаты расчетов и исследований отражены в отчетах по НИР МИНГ им. И.М.Губкина по темам К 13/89, 90.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 100 наименований и приложения. Работа содержит 179 страниц машинописного текста, 16 рисунков и 38 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложена актуальность темы исследования, определена цель и основные направления собственного исследования.

В первой главе произведен анализ существующих методов расчета на прочность и долговечность, & также анализ существующих методов нормирования запасов прочности и осуществлена постановка задачи на исследование.

Отмечено, что расчетам деталей машиностроительных конструкций на прочность и усталость посвящено много исследований.

Большой вклад в развитие методов расчета на прочность сделан в трудах Серенсзна C.B., Решетова Д.Н. и др. авторов. Далее методы расчетов на прочность были развиты и дополнены в трудах Когаева В.П., Гусенкова А.П., Махутова H.A., Кя-ченкова В.Н. и др. В настоящее время целый ряд научно-исследовательских институтов (НАТИ, ИЫАШ АН СССР, ЕШШМАШ, ИМЕХ АН УССР, МАИ, ЗЮ1, ВИСКОМ) занимаются развитием и усовершенствованием J методов расчета на прочность и усталость.

Рассмотрено современное состоя;яе вопросов, связанных с расчетами на прочность деталей и узлов бурового оборудования. 3 качестве методологической основи расчетов на прочность дэ-талей и узлов бурового оборудования послу Hija работы Авако-ва В.А., Бержеца Г.Н., Иткиса М.Я., Ильского А.Л. и др. авторов.

В настоящее время практические методы расчетов на выносливость деталей Сурового оборудования не претерпели существенного изменения. Расчет коэффициента sanaca прочности есть основа расчетов на выносливость деталей бурового оборудования. Кроме того, нерегулярный рекам нагрутания приводится к регулярному путем расчета коэффициента эквивалентности. Рекомендованные руководящими техническими материалами значения коэффициента эквивалентности к настоящему времени не имеют корректной, достаточно обоснованной базы данных и, креме того, в связи о широким внедрением ЭВМ в народное хозяйство практическая направленность их применения при проектировании нецелесообразна, з в процессе эксплуатация оборудования (при прогнозировании остаточного ресурса, например,) вообще невозможна.

Проведенный анализ существующих методов назначения допускаемых коэффициентов запаса прочности несущих элементов СПК БУ показал, что данные методы носят субъективный характер, так как не имеют достаточного теоретического или статистического обоснования.

Кроме того, отмечено, что существующие метода назначения вероятности безотказной работы (ВБР) деталей и узлов бурового оборудования некорректны из-за отсутствия обоснованной методологии ранжирования ВБР элементов бурового оборудования.

В настояЕ.ес. врет наиболее перспективным нсярасдянкеи расчетов на долговечность является блочный мз*ч\п расчета на Бшс-сливосгь е сочетании с вброягаоемгаии расчггакк, уччте-ваизкни расосшие харгисмрие.тик ссп ротиБяедая усталости и нагружгкност чГТГг^рвой гяаге предстаалекь осноаные положения блочного изгода расчетов деталей кащкн кя кшослизссть.

Во зтороА глаге обоокоьоч выбор обьекта для расчета его несущих элементов кг долговечность и предстаатека кзтоддаеа распета элементов ШК БУ на долгов ечиг-е?^ блочным ке-

тодоу,

Еьбор ебъзхта для иллюстрации предлагаемых »шздгоа расчета 'осхов&ч «а анализа отааяэв бурового обохудоЕ.ча*.'!. "г. анализа вигвлвно. чтс наибольшее число отказов елеиепты

СВК и буровых Клсосс-в. Однако, учитывая, что СЯК пс срл*кекиг-с буровыми насосами иксе: более шрсвдо гаыцу посуа?-» тое с ЩЮг е также '.¡то отказа нес:-"йк элеызнтов

СЕК уиеньягаот ура&ень безопасное.?/. для чязкоп буропсй бр>;гадь! или влекут больше, экономические потер«, в качестве искомого объекта бал вабран сиус-ко-лодъе&гннй комтдекс бурок®: устако-бок. У'^'гквгяг рзслространзанэсть буроБкх установок, тютч-нос-гь коипоновачн&-хкнзматйчеекэй схсш, для дадьье&вего анализа принята буро рая лебедка ЛЕУ-ИОО буровой установки Урал-каш 5003 ЗУ.

Предлагаемые ывтоды расчетов на долговечность получена путем трансформации известного блочного метода расчета деталей машин ка выносливость. Концепция этого метода црккзкктель-но к расчетам бурового оборудования состоит б следующем. Зная

совокупность всех натрусок, дейотвущгх на элемент буровой установки в процесса проводка одной схвазинк, а также аяал лрочноаг'ьуа характеристик? детали, когнс найта долг'ОЕачпо'.-.ть этой детали, вкракбяаув \ояачэс?вом екяагиь\ ирой7рз:'них до <зб разяуивчия

Долгсьечкос'ль яодашняков хаченяя элемента ОПК, аыра-гаичая "о схвагаеах, которые могут пробурена за его срок слуябы ¡¿.с вычисляется по формула:

с

— (I)

С/

где С - динамическая грузоподъемность подшипника 110 каталогу', яй; П1 - аоксоатолъ степени кривей зс?аяосте иодаилачка; С* - требуемая дз'нашчеекзя грузоподъемность тодпгаггака, необходимая для бурения одной скваяянн, вычасляегся но формуле:

где - базовое число циклов нагружзняя подшипников; С, -коэффициент надбинсстз; О., - обобщенный коэфЬщачнт, ха-рактеризугзщял совместное влияние качества металла деталей и условий эксплуатации на долговечность подшипников; приведенная натруска, определяемая исходя из условий натруяе-шая подшипникового узла на К. -ой ступени нагрушэняя; N ^ -число повторений нагрузки Р. за цикл проводки сквакинн.

В этой главе представлены особенности расчета на долговечность подшипников шкивов талевой системы и основных опор подъемного вала.

Выражения дая определения долговечности (числа блоков до разрушения) вала имеют следующий вид:

для изгиба ш.

2 =

^бМ^ (3)

для кручэния

2 =

л.

гдэ О о, и О о ~ расчетный коэффициент повреждений для нор-"о "х. ,

малъных и касательных напряжений; и - предел вы-,

носливоста ватурной детали для нормальных и касательных напряжений; 6„ в Т, - амплитуда нормальных и касательных

чп. 4iv.

напряжений, возникагащх на 'Л. -ой ступени нагрукения иодъем-ного Бала; и N ^ - число повторений амялитзд

и Т^ в блоке натру гений.

В работе разработаны методики определения и "X

от действия всех нагрузок на крике, возникающих.в процесса провода екважиин (сдускоподъемные операции, сцуек обсадных колонн, аварийные подъемы и т.д.), а такяе для конкретных компоновочно-кинематических и геометрических параметров СПК.

Результирующая долговечность от совместного действия из-гибных и касательных напряжений определяется из выражения: .

-7 2 С& ' 2 Ст; ч

2с =7—т-ГГБ (5'

Г г

I, с6 с-с /

В работе представлен алгоритм расчета подъемного вала

на долговечность в сечэниях, расположенных мекду его опорными

подшипниками, а именно в двух наиболее опасных сечениях (канат в крайнем положении у левой и правой ребодаы барабана).

Формула для определения долговечности (числа блоков до разрушения) цепи имеет вид: т

гдеК^- предельный момент, передаваемый однорядной цепьа с шагом X ='38,1 мм, длиной = ЮО шагов; - коэффициент шага; (¿^ - коэффициент рядности; К< - коэффициент длины контура? - коэффициент качестве цепи; К„ - коэффициент перегрузки; допустимый коэффициент згдаса по выносливости цепи; пги - показатель степени кривой усталости цепи; крутящий момент, передаваемый меньшей звездочкой раеччтыв&еуой передачи, при подъеме бурильной колонны ка П. -ой ступени нагру-жения.

Правая часть выражения (б) является нормативной наработкой, которую может выдержать цепь за срок службы. Выражение

. ГЦ

О ^Представляет собой наработку цепи за цикл бурения

одной скважины.

В работе представлен алгоритм расчета ка выносливость цепных передач лебедки ЛВУ-ПОО с учетом действующих крутящих моментов, передаваемых цепями за цикл бурения скважины.

В третьей главе представлен анализ статистических данные бурения скважин ка местороженияк Тенгиз ПО Прикаспийбурнефгь, Карачаганак треста Оренбургбургаз и в Жирновскоы УЕР ПО Нкжне-волжскнефть. В табл. I представлены средние значения, полученные после обработки данных по 42 скважинам, пробуренным на

Тенгизском месторождении, 54 скваяинам, лробуреикам на Карача-ГЕнаке и 65 скр&жинам, пробуренным в Жирасвском УЕ?. Б дальнейшем эти усредненные данные используются ь качестве параметров "типовой" скважины для э-г.чх регионоц при расчетах на долговечность. Параметра "типовой" скважины позволяют судить о загруженности бурового оборудования, т.е. об общем объеме выполненных слуско-лодьемных операций. Отмечен значительный объем аспо-ыогателт-кыт рейсов. В рассмотренных регионах средний объем вспомогательных- рейсов с бурильной колонной достигает что существенно влияет на долговечность деталей и узлов бурового оборудования.

Таблица I

Статистические данные бурения скзалмн но регионам

т

п Ал

П а р а м "е т р к

Регион-

:Карача-:Тзнгиз :Жирновск гганак : г

Г. Средняя продолжительность строительства скважины, суг

2. Средняя глубина бурения, ы

3. Среднее количество долблений

4. Среднее суммарное количество рейсов бурильной колонны

Сс учетом количества долблений к аеломогагельныс рейсов)

5. Средняя проходка на долото, к:

6. Средняя проходка на рейс, м

358 4980 63

73,0 57,0

4665 III

152 42,4 31,4

2954

109 49,5 35,3

Под вспомогательными пониц&птся рейсы бурильного инструмента, обусловленный вспомогательными операциями (промывкя: проработка, расширяя ствола скважины и т.п.), ликвидацией пргасслтсв и аварий бурильных я обсадных колонн, ликвидацией поглощений бурового раствора, подъемом металла с забоя скважины я т.п.

Среднестатистические данные кешюною* Йурихымх колонн, представленные в табл. 2, позволят судись о спектре нагрузок, действующих на несущие элементы (ПК в процесса бурения скважины в рассмотренных регионах.

Таблица 2

Среднестатистические данннз компоновок бурильных колонн

Регион : Среднее зна-: Срздкеквэдра-: Среднее она-: Среднехвад-

бурения: чение веса : тическсе : чение превы-: ратич'еское

: погокнего : отклонение. : пения веса : отклонение,

: аетра буриль: : компоновки :

: ной колоты,: : ниса буриль-:

: : : ной колонны,:

: кБ : кН ■ : кН : кН

Гекгиз 0,323 0,006 255,0 26,6

Карача-

ганак 0,308 0,005 147,7 42,8

На основе анализа существующих методов нормирования запасов про-чности, методов назначения уровня ЗБР (в том числе и принятых в США и в странах Западной Европы, увкзываощих вероятность безотказной работы с уровнем риска для работающего персонала при достижении абсолютного предельного состояния системы), а также на основе пкполненннх практических расчетов ББР несущих элементов талевой системы в табл. 3 приводится рекомендуемый предел норм ВЕР для несущих элементов СПК ЕУ.

Таблица 3

Рекомендованные нормы безотказной работы при расчетах бурового оборудования ШК

Наименование деталей к критерии безотказности

Детали, отказ которых недопустим в процессе эксплуатации из условий безопасности (детали и узлы талевой системы , вышки к подъемного вала буровой лебедки)

Нормативный •.Количество: Веролт-стюк слулбы : капитальней ность БУ б годах ;ремонтов : безот-замен) за: казной :срок слук-; работы :бы БУ :

10

Обосновывается заводом—изгото — 0,99о* витзлем пси ^0,999 проектировании и согласовывается с заказчиком

Детали, отказ которых приводит к значительным материальным потерям (детали и узлы элементов привода буровой лебедки, Еклвчая коробку перемены передач)

То же

0,97 т хО, 99

10

На осдоес расчета долговечности подшипника шкива кронбло-ка, базируэдегоск на предлагаемой методике, получена взаимосвязь ресурса различных типоразмеров подшипников в зависимости от уровня ББР. Анализ полученных данных позволяет сделать вывод о том, что долговечность супеси уютего подшипника шкива крокблока УКБА-7-320 не достаточна для обеспечения безаварийной работы СПК БУ в течении нормативного срока службы при рекомендуемом уровне ВБР. Полученные данные устанавливает требуемое количество замен подшипников при заданном уровне ББР, согласующееся со статистическими данными и позволяют сделать

I

П

--

конструкций талевого блока и кронбяока с рекомендуемый уровнем 35Р за нормативный десятилетний срок службы без гас капитального регюнта и тем самим существенно повысить безопасность условий работы.

Результаты расчета основных несущих элементов СЩ БУ из долговечность, полученные блочным методом и представленные в табл. 4, позволяют сделать следующие выводы.

Долговечность несущих элементов с различным НДС квеет значительный разброс, который невозможно оценить существующими методами расчетов на выносливость. Наименьшую долговечность иыевт цепные передачи. В тао'л. 5 представлена потребность в цепях на цикл бурения одной скважины.

Таблица 4

Данкке расчета долговечности кесуцих элементов СПК БУ

И* ¡¡Рассчитываемый¡Долговечность в сквакинях, пробуреякж

л/п

элемент :за срок службы в зависимости от прэдпо-

:лагавмого числа аварийны* подьеков за :ци!сл бурения скважины (Тэнгиз/Карачаганак)

1. Подшипник шкива крон- -блока

2. Опора подъемного зала'

№1 №2

3. "одьемшй ват се'чэние А сечзкие В

4. Цепкая передача

81/21 52/27

40/39 27/34 34/27

I 10 : КО

2,1/6,3 2,1/6,2 1,9/4,9

33,7/112,5 83,5/186,8 33,5/110,0 83,2/185,6 31,4/90,5 80,9/174,5

284/1290 400/1800 247/710 349/1020 107/130 155/200

0,41/1,5 1,22/2,4 Вез 3,2/5,7 5 2/11,6 0 8/2,1 0,40/1,5 0,62/1,2 аварийных да подъемов

Таблица 5

Пстребное-гь в цепях ка цикл бурения одно?, скзагины

Регион : 'вело : ■ Цепкая передача лебедки ;УЗУ-1100

бузекмя: аварийных :-------------------------------------

гпедьеыов : Ы/21 : 40/39 ',27/34 : 34/27 : 52/27

1енгяз

0

1 10

100

2.4

2.5 3,3

0,3 0,2 1,3

Кара-чага-нак

С I 10 100

0,7 0 7 0,7

0,9

0,2 0,1 0,5

0.8 о;в 1,6 10,0

"оХ

0,4 0,8 5,0

Обеспечение безаварийной работа талевой системы за срок службы буровой установки осуществляется заменой подшипников шкивов при капитальных ремонтах кронблоков и м'алевых блоков. В табл. б зредстзвлено количество капитальных ремонтов крон-блока, требуемых для безаварийной работы, рассчитанное по предлагаемой методике.

Таблица 6

Количество требуемых капитальных ремонтов кронблока УКБА-7-320

Регион бурения : Количество аварийных : Количество капиталь-: подъемов за цикл бурения : ных ремонтов (за: скважины : мен) кронблока

Тенгиз

Карзчагана*

I 10

100 _

10 100

2 2 2

Т

I I

Наибольшую долговечность сред;: несудах злемектоз СШ имеет подъемный вал. В сгиом опасном сечении вял имеет многократный запас прочности.

Предлагаемы" метод расчета позволяет выявить колнчест-вешюа влияние различных: факторов на долговечность. Рассмотрено влияние следусших факторов: спуск обсадных колонн, вспомогательные рейсы, аварийные подъемы, изменение кратности оснастки, перемещение тяговой струны вдоль бочки барабана.

Учет наработки от спуска обсадных колонн для рассматриваемого (7-гс) класса БУ практически нэ влияет на расчетное значение долговечности несущих элементов.

Учет- наработки от аспсмогательньк рейсов бурильного инструмента сказывает существенное влияние на расчетное значение долговечности кесуиззс деталей.

Для упро1?.з!гия расчетов на долговечность несущих азе-иентов СПК влияние объема работ при вспомогательных реЗсах и спуске обездких кслонк рекомендуется учитывать.через коэффициент перегрузки (см. табл. V).

При расчетах на выносливость подъемного вала и его опор рекоме-ндузтея учитывать (во избежание■больших ошибок) перемещение тяговой струны вдоль барабана или условно располагать ее до центру барабана неподвижной.

Объем работ от аварийна подъемов и уменьшение кратности оснастки существенно влияет на расчетное'значение долго-вечность: вала и в меньшей стелек;: на расчетное значениз долговечности остальных несущих элементов.

Таблица 7

Козффгцизнтн перегрудки при расчетах на долгсгечшств элементен СШ

Число : Пц(яипкчки качения ? Сечс.шя подъемного вала

аварий:--------------------------------------•--------

кых :Ш5иза :0пора И :0лора £2:Сечение:Сечение Б{кснат у подЬ8-:кроя- :лодъеаного:по,дьзмно:А{какат:правой реборды Санов ¿блока :вала :го вала :у лЗЕОйграбана) ,

; ; (левая) : (пра«я)|й№:

; : : :на) :

! ~ГГгТТ~ГГ ТТ7Т71Г7 I5 7 ¥ I мТГ^ ГГГ'гХХзТТТТз М ГЗ

10 1,4 1,4 1,4 1,4 1,4 1,3 1,6 2,3 1,6 2,3

100 1,5 1,7 1,5 1,7 1,4 1,4 3,7 12,7 3,6 11,7

Примечание: I - Тенгиз

2 - Карачаганах

В качестве рекомендуемых значений следует принять коэффициент перегрузки разнив: ~ для подшипников - 1,4 - для сечений подъемного вала - 2.

В четвертой главе проверена вероятностная оценка долговечности несугих элементов СПК ЕУ.

В оснеьу вероятностной оценки долговечности несущих элементов СИ Ег'положен иетод статистического моделирования (метод Монте-йзрло).

В табл. 8 представлены основные характеристики случайных значений долговечности рассчитываемых деталей, полученных методом статистического моделирования.

Таблица 8

Основные характеристики случайных значений долговечности

Ш п/п

Деталь, рас-: читанная ¡та :-долговеч- : ность

Регион

1енгиз

Карачаганах

: Среднее : Средне- : Среднее :Средне-

:значение :квадрата- :значение :квадратн-

:долговеч- :ческое :долговеч- :ческое

:ности, :отклокение:ности, отклонение

:(скважин) :(скваетн) :(скважин) :(скважин)

1. Подшипник шкива крон-блока

2. Опора № I подъемного вала

3. Подъемный вал сечение А сеченис В

4. Цепная передача I

37

491

325 490

16

226

259 427

120

1500

1200 1813

56

785

1255 1984

0,2

0,1

0,9

0,4

Нагрузочное характеристики принимались по средним значениям компоновок бурильных колонн, представленных в табл. 2.

На основан1,« критериев согласия, используемых при оценке законов распределения полученных случайных величин, можно сделать вывод об их нормальном распределении..

Исходя из полученных результатов, в табл. 9 представлены расчетные значения вероятности безотказной работы на нормативный срок службы.

Таблица 9

Вероятность безотказной работы на конец нормативного eposes слуяба, расчит-лшая методом статистического юдалиоованяя

: Деталь : Нормативный : Вероятность бьзот-

п/п: ' : срок службы : хазной работы

S Тенгкз :Карачаганак

I. Подшипник пг-сива

хронбюяа 10 0,97 4 0,574

?.. Опора /*■ I подъемного

вала 10 0,564 0,У71

3. Подъемный вал 10

сечение А 0,889 0,828

сечение В 0,872 0,318

Применение метода статистического моделирования приме-нитеяьно к долговечности несупцгх элементов ŒHC дает заниженные значения ВЕР ::а начальный период и на весь нормативный срок слухбы, что связано с большим разбросом прочностных характеристик несущих элементов.

S приложениях приведены: блок-схема и программа расчетов на долговечность несущих элементов СПК БУ блочным методом; статистические данные бурения скважин на Карачаганакс-ком г Тенткзсксм месторождениях.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДИ И РШОШЩАЦИИ

I, Путем трансформации известных методов расчета деталей капшн на выносливость разработана методика расчета долго-

вечности несущих плементов СПК ЕУ, тхозволяхтадя оценить :гх ресурс в скза.?.инах, пробурсчньх за ерик с-г/жбы.

Разработана методика расчета, ткзжяма нагрулекия (спектра нагрузок) нссукртх элементов СПК, пеяволякдая дафзргяцкрэьан-но акделить к'-'мпснэнты рзяшь от отдельных ейдоб рабог при пров од ко екгэяикы а еьтчвить их пл'лляме на долговечность.

3. Обоекор-адк срзднес^атисткчесоте параметры режима работы оборудования СПК, позволяющее опени-иь его загруженность при расчета;: ка долговечности прк буренки сквшвт в даук реггоках страны.

4. 1ъ'лал?;>5. степень влияния различных фа^тсрев на долго-

несу^сс ¿лздентев СПК БУ. Показано, что у те? наработки от сггускь обсадных колони практически не влияет на расчетное значена. долговечности кесупргх злекгктоз рас^латспбаечсго класса ВУ.

уггрощеш'.л расчс-тсз долговечность эле:-.тзчтоз учет вли?ни.я объема работ от псаомсгатвлышх ч аваркЗшк раЗеоз, спуска обсадных колонн рвкомекдуетея осуитсстзкть с- порзэьэ ки-гф£кцие:и2. пврзгрузки. лринзд&еиэго разним: - дчя подойников - 1,4, ~ для оечений пс.цьеаного залг -2.

5. Прк расчетах ка долговечнее?:. шдьекког-з вала а его спор рекомендуется у-ктыватъ (во яэбеааниз боигпах ошибок) пе-рг;»:ецений адгезой струны здель барабана или услошо располагать ее по цьнтру барабана неподвижно"!.

6. На основе анализа оуаествуккцах методов нориирозания запасов прочности, мегодоз назначения уровня ВБР (в том числе и принятых в США и странах Западной Еврогн, уЕязнватазих вероятность

безотказной работы с уровнем риска для работающего персонала при достижении абсолютного предельного состояния системы), а также на основе выполненных практических расчетов ВБР несущих элементов талевой системы, рекомендуется назначить ВЕР для эле-ментоа С1К, отказ которых недопустим в процессе эксплуатации из условий безопасного ведения работ на уровне 0,995 ^ 0,999

и для деталей, отказ которых приводит к значительным материальным потерям на уровне 0,97 р(1)6 0,99.

7. Применение разработанных методов расчета долговечности элементов СПК позволяет при наличии нагрузочных статистик контролировать (прсслехивать) остаточный ресурс несущих элементов •СПК, прогнозировать объем запасных частей и разрабатывать генеральную тактик}' капитальных ремонтов сборочных единиц БУ на стадия конструирования.

8. Применение метода статистического моделирования применительно к долговечности несупрк элементов СПК дает заниженные значения 2БР на начальный период эксплуатации ЕУ,. что требует уточнений закономерностей изменения разыгрываемых параметров к методология статистического моделирования.

Перечень опубликованных работ по теме диссертации

1. Ьфкмченко С.И., Каналов И.Х. Анализ факторов, влияющих на долговечность подшипников шкивов талевой системы // Тезисы докладов научно-технической конференции - Альметьевск, 1987, 27 с.

2. Ефимченко С.И., Камалов И.Х. Применение метода статистического моделирования для прогнозирования долговечности под-

шипников СПК НУ // Перспективы развития, совершенствоваия конструкции и повышение надежности бурового и нефтепромыслового оборудования. Тезисы доклада конференции. Пермь, 1988, 51 с.

3. Ефимченко С.И., Камаюв И.Х. К вопросу обоснования методологии прогнозирования долговечности деталей буровых установок // Тезисы докладов Всесоюзной конференции "Роль молодежи в решении конкретных научно-технических проблем нефтегазового комплекса страны" (6-8 июня 1989 г., пос. Красный Курган).

М.: 1989, 41 с.

4. Ефимченко С.И., Камалов И.Х. Оценка проектных решений по критерию долговечности валов и осей СПК БУ-5000ЭУ // Научно-технические достижения и передовой опыт, рекомендуемый для внедрения в нефтяной промышленности. Информ, сб. /ВНИИОЭНГ, 1990, вып.4.

5. Ефимченко С.И., Камалов И.Х. Оценка проектных решений по критерию долговечности подшипников качения и цепных передач СПК БУ-5000ЭУ // Научно-технические достижения и передовой опыт рекомендуемый для внедрения в нефтяной промышленности. Инф. сб. /ВНИИОЭНГ, 1990 г.; вып.5.