автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Совершенствование методов повышения долговечности замкового соединения бурильной колонны при многократном свинчивании

На правах рукописи

Кузьминых Дмитрий Владимирович

УДК 622.24.053.6

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ЗАМКОВОГО СОЕДИНЕНИЯ БУРИЛЬНОЙ КОЛОННЫ ПРИ МНОГОКРАТНОМ СВИНЧИВАНИИ

Специальность: 05.02.13 - «Машины, агрегаты и процессы» (нефтяной и газовой промышленности)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

-6 ОКТ 2011

г. Ухта-2011

4855324

Диссертация выполнена на кафедре машин и оборудования нефтяной и газовой промышленности Ухтинского государственного технического университета

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Доктор технических наук, профессор Быков Игорь Юрьевич

Доктор технических наук, профессор Иванов Сергей Леонидович

Кандидат технических наук Буслаев Георгий Викторович

филиал ООО «Газпром ВНИИГАЗ» в г. Ухта.

Защита состоится «21» октября 2011 г. в 10:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.291.02 в Ухтинском государственном техническом университете по адресу: ул. Первомайская, 13, г. Ухта, Республика Коми, 169300

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ухтинского государственного технического университета

Автореферат размещен на сайте УГТУ www.ugtu.net в разделе «Диссертационный совет»

Автореферат разослан «20» сентября 2011 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.291.02, кандидат технических наук, профессор

ЗХие^*^*— Н. М. Уляшева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В процессе строительства как вертикальных, так и наклонно-направленных скважин (обычных (ОНС), пологих (ПС), горизонтальных (ГС), наклонных скважин с большим отклонением от вертикали (НСБО)) связующим звеном наземного оборудования с инструментом, применяемым во время различных технологических операций является колонна бурильных труб.

Сам процесс проведения спускоподъемных операций при подъеме бурильного инструмента, является критическим условием эксплуатации бурильного инструмента. В зависимости от конкретных горно-геологических и технико-технологических условий бурения скважины величины нагрузок на колонну могут доходить до предельно допустимых значений прочности бурильных труб, что в свою очередь приводит к осложнениям в скважине либо возникновению аварий. В процессе спуска бурильной колонны и смонтированного на ней инструмента, геофизической аппаратуры и внутрискважинного эксплуатационного оборудования, возникают силы сопротивления, препятствующие её нормальному прохождению по стволу скважины, что также является причиной осложнений и возникновения аварий с резьбовыми соединениями.

Актуальным и значимым является вопрос увеличения ресурса замковых резьбовых соединений (ЗРС) бурильных труб на основе совершенствования методов повышения долговечности резьб при сборке-разборке колонн в процессе спуско-подъемных операций.

Большой вклад в изучение проблем трения и изнашивания подвижных сопряжений и разработку методов повышения срока службы трибосопряжений машин и оборудования внесли отечественные ученые: Буше H.A., Гаркунов Д.Н., Горячева И.Г., Дроздов Ю.Н., Колесников В.И., Крагельский И.В., Матвеевский P.M., Михин Н.М., Семенов А.П., Сорокин Г.М., Хрущев М.М., Чичинадзе A.B. и др.

Принципиально новым направлением в области повышения износостойкости деталей машин явились исследования открытого Д. Н. Гаркуновым и И.В. Крагельским эффекта избирательного переноса.

Однако определение триботехнических характеристик смазочных материалов с наполнителями для резьбовых соединений до сих пор остается

актуальной задачей повышения долговечности резьб замковых соединений бурильных труб.

Цель работы - Совершенствование методов повышения долговечности замкового соединения бурильной колонны при многократном свинчивании.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе сформулированы основные задачи исследования:

1. Анализ существующих методов повышения долговечности резьб замковых соединений бурильных труб;

2. Формирование комплекса методов исследования;

3. Исследование изнашивания замковых резьбовых соединений при многократном свинчивании-развинчивании;

4. Влияние смазочных композиций на долговечность замковых резьбовых соединений;

5. Влияние свойств рабочей среды на характер изнашивания резьбовых поверхностей;

6. Разработка рекомендаций по повышению износостойкости замковых

резьб.

Научная новизна:

1. Определена оптимальная концентрация медесодержащей добавки Си804 к графитосодержащим смазкам, равная 0,24 % масс, обеспечивающая процесс избирательного переноса и повышения долговечности замкового резьбового соединения.

2. Установлено, что в процессе многократного свинчивания замкового резьбового соединения наименее долговечным является его неподвижный элемент - муфта, резьба которой подвержена наибольшему износу.

3. Выявлено, что максимум контактной выносливости и давления разрушения смазочной пленки достигается в нейтральной среде при рН=6,3...6,7, стремительно снижаясь примерно в 3 раза до минимума при рН=8...8,5.

4. Показано, что в сопоставимых условиях параметры контактной выносливости и давления разрушения смазочной пленки уменьшаются с повышением плотности рабочей среды.

5. Найдено оптимальное соотношение скоростей свинчивания замкового соединения и удельной нагрузки, распределяемой по винтовой линии резьбы, обеспечивающее оптимум долговечности при эксплуатации бурильных замков.

Основные защищаемые положения:

1. Системная оценка влияния эксплуатационных факторов на долговечность замковых резьбовых соединений.

2. Комплекс лабораторно-испытательных и вычислительных методик для определения многофакторности параметров.

3. Оценка влияния удельной нагрузки и скорости скольжения на процесс трения и изнашивания.

4. Метод изучения влияния рН и минерализации на процесс изнашивания металла при трении.

5. Методика определения оптимальной концентрации медесодержащей добавки в смазке для повышения износостойкости резьбы бурильных замков, изготовленных из стали 40 ХН.

Практическая значимость работы состоит в создании методики определения износостойкости замковой резьбы и качества применяемой смазки в процессе плоскопараллельного контактирования витков резьбы при свинчивании-развинчивании и формировании базы данных по триботехническим характеристикам, и технологической эффективности наполнителей из цветных металлов, используемых в смазочных материалах для резьбовых соединений, а также подбором добавки в лабораторных условиях, позволяющей реализовать эффект автокомпенсациии износа. А кроме того:

1. Разработаны практические рекомендации повышения долговечности замковых резьб при сборке-разборке бурильной колонны и предложено:

- осуществлять меньшую угловую скорость свинчивания ЗРС равную 40 мин"1, что соответсвует линейной скорости для ЗРС с замком 3-133 v=0,18м/c при использовании муфт резьбового соединения с твердостью в пределах 280-300 НВ;

- использовать большую угловую скорость свинчивания ЗРС, равную 84 мин"1, что соответсвует линейной скорости для ЗРС с замком 3-133 у=0,56 м/с, при увеличении нагрузки от массы наращиваемых труб свыше 3,0 кН. В основу рекомендаций положены результаты по методике определения аналитической зависимости и = /(/;) - величины износа и от удельной нагрузки р и м = /(у) - величины износа и от линейной скорости скольжения V для различных элементов резьбовой пары, которые позволяют предотвратить преждевременный износ одного из элементов и повысить долговечность замкового соединения в целом.

2. Разработаны рекомендации по применению смазок для резьбовых соединений при работе в минерализованных средах.

3. Разработаны рекомендации по определению оптимальной добавки противоизносного наполнителя тип которого выбирается в зависимости от конкретной технологической операции.

Методы исследования.

Трибологические испытания консистентных резьбовых смазок в режиме трения скольжения выполнены на четырехшариковой машине. Исследования процессов трения и изнашивания пары ролик-колодка в режиме трения скольжения выполнены на универсальном триботехническом комплексе СМТ-1

Измерение твердости материала образцов изучали с использованием ультразвукового твердомера «УЗИТ-2М» импедансного типа с использованием магнитостриктора с алмазом.

Изучение противоизносных свойств выполнены с применением микроскопа МБС-10 по ГОСТ 9490-75 «Материалы смазочные жидкие и пластичные. Метод определения трибологи-ческих характеристик на четырех шариковой машине» ЧШМ-1 (ограничение по сроку действия отменено).

Изменения суммарного массового и относительного износа образцов фиксировали с помощью весов лабораторных ВЛР-200 с 4-м классом точности.

Достоверность результатов.

Основные научные положения, выводы и рекомендации, сформулированные в диссертации, базируются на данных, полученных с привлечением современных теоретических и экспериментальных методов исследований, математического и физического моделирования с использованием вычислительной и измерительной техники, современного исследовательского оборудования и компьютерного обеспечения.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались на международных научно-технических конференциях «Севергеоэкотех» при Ухтинском государственном техническом университете в 2007-2011 годах, научно-технических конференциях преподавателей и сотрудников УГТУ в 2007-2011 годах, конференциях молодых ученых и специалистов ООО «ЛУКОИЛ-Коми» в 2010-2011 годах, научно-технической конференции молодых специалистов ООО «РН - Северная нефть» в 2011 году и на конференциях в рамках научно-педагогической школы «Современные

проблемы нефтепромысловой и буровой механики» в 2007-2011 годах, кафедре машин и оборудования нефтяной и газовой промышленности УГТУ в 2011 году.

Публикации.

Основные результаты исследований опубликованы в 10 работах, в т.ч. 1 статья в изданиях, рекомендованных ВАК по специальности защиты, 3-х тезисов докладов на научно-технических конференциях.

Структура и объем работы: Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, общий объем составляет 125 страниц, включая содержание, 54 рисунка, 21 таблицу, список литературы состоит из 108 наименований.

Диссертация основана на личных исследования автора, которые проводились на опытном полигоне ОАО «ВНИИБТ» и лабораторных исследованиях, выполненных на кафедре машин и оборудования нефтяной и газовой промышленности Ухтинского государственного технического университета.

Благодарности.

Автор выражает глубокую признательность своему научному руководителю: профессору, доктору технических наук Быкову Игорю Юрьевичу за внимательное отношение и помощь в период работы над диссертацией.

Автор выражает благодарность заведующему лабораторией «Резьбовые соединения» ОАО «ВНИИБТ», доктору технических наук Семину Владимиру Ивановичу за помощь в проведении опытных испытаний.

Автор благодарен сотрудникам кафедры машин и оборудования нефтяной и газовой промышленности Ухтинского государственного технического университета доценту Е. М. Москалевой, к. т. н., доценту Т. В. Бобылевой, к. т. н., доценту В. В. Соловьеву, и ст. преподавателям О. А. Батмановой, Д. Г. Селиванову.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение

Обосновывается актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и основные задачи исследований, научная новизна и практическая ценность полученных результатов.

В первой главе произведен подробный анализ существующих методов повышения долговечности резьб замковых соединений бурильных труб.

Конструкции и типам резьбовых соединений бурильных и обсадных труб посвящены труды таких видных научных деятелей как Н. Д. Щербюк, Н.В. Якубовский, А. Е. Сароян, И. Я. Якушев и Г. Б. Иосилевич. Также множество работ посвящено конструктивным и технологическим параметрам конических резьбовых соединений их надежности и сопротивлению усталости. Их авторами являются Лачинян Л.А., Угаров С.А., Андрейко С.Н, Грузинов Я.А., Коган Р.Н., Малинский Ф.З., Шибаев В.А., Золотников М.С., Ковалев М.К., Кудрявцев М.В., Тимохин В.М., Барышников А.И. и др.

Произведен анализ факторов изнашивания замкового резьбового соединения. Рассмотрены существующие методики исследования изнашивания ЗРС. Произведена оценка степени значимости и многофакторности процессов изнашивания ЗРС и традиционных методом изучения этих процессов. Стало очевидным, что для решения поставленных задач необходимо произвести:

- обобщение методов расчета для количественной оценки влияния конструктивных параметров резьбы на длину винтовой линии и площадь контакта витков резьбы;

- влияние скорости свинчивания резьбового соединения и удельной нагрузки в резьбе, распределяемой по винтовой линии резьбы;

- изменение смазочных свойств антифрикционных составов (резьбовой смазки) при разных значениях рН и концентрации солей.

Изучены условия эксплуатации ЗРС влияющие на долговечность резьбы.

Учтено, что при воздействии высоких удельных нагрузок, эксцентриситете вышки, несовершенстве спускоподъемного комплекса и отсутствии высокоэффективных смазочных материалов количество отказов ЗРС возрастает.

Изучено влияние фактических динамических нагрузок на работу резьбовой пары при плоско-параллельном скольжении и в присутствии химически агрессивной среды. Установлено, что данные факторы создают благоприятные условия для разрушения резьбы.

Определено влияние резьбоуплотнительных составов на смозочные и противоизносные свойства и разрушение элементов резьбы бурильных замков.

Установлено, что необходимо исследовать:

- характер изнашивания замковых резьбовых соединений бурильных труб при изменении нагрузки и скорости скольжения в среде многокомпонентных смазок;

- избирательный перенос (эффект автокомпенсации износа) при применении медесодержащей добавки (в лабораторных условиях) с целью повышения контактной выносливости элементов резьбы и величины среднего контактного давления разрушения смазочной пленки на поверхности резьбы замковых соединений;

- физико-химическое взаимодействие минерализованной среды и щелочного утяжеленного бурового раствора со смазочными материалами на характер износа резьбы.

Во второй главе описаны применяемые в работе методики исследований, материалы, оборудование. Формирование комплекса методик исследования производилось на основании представлений о процессе износа. Приняты существующие методы исследования износостойкости в лабораторных условиях. Установлено, что износостойкость весьма сильно зависит от условий трения, при этом лабораторные испытания с близкой сходимостью должны быть сопоставлены с расчетными показателями и данными, полученными при полномасштабных испытаниях. Исходя из этого, в качестве лабораторных методик исследования использовались: визуально-измерительный контроль, твердометрия и массометрия; кроме того, разработан научно методический комплекс по изучению процессов трения, включающий методики: статистической обработки результатов исследований и планирования эксперимента для обеспечения математической корректности их обработки и достоверности вычислений, испытаний на четырехшариковой машине трения (ЧШМ-1), методику испытаний на универсальном триботехническом комплексе (серийная машина трения СМТ-1), и испытаний резьб при многократном свинчивании на полномасштабном буровом стенде-скважине ОАО НПО «Буровая техника».

Третья глава посвящена исследованию процессов изнашивания ЗРС при многократном свинчивании-развинчивании на полномасштабном буровом стенде-скважине (рисунок 1, а). Исследование заключалось в измерении относительной высоты посадки муфты на ниппель при свинчивании замка наворачиваемой бурильной свечи входящей «с навеса» в муфту колонны бурильных труб, удерживаемых на роторе, с некоторой просадкой "Я" (рисунок

1, б). Суть метода заключается в определении износа вершин профиля резьбы и уменьшающейся их площади по уменьшению величины "Я".

М.

_________-Ниппель

Муфта

а - буровой стенд скважина, б - схема взаимодействия витков резьбы при износе, Н - параметр

просадки

Рисунок 1 - Взаимное положение замковых деталей при свинчивании

Определение количественных показателей ресурса замковой резьбы выполнялось с учетом исследований В. И. Семина:

5,=

0_

+ £■/ I

где 5г- - общее число свинчиваний при бурении одной скважины; С - проходка на долото, м; Ь - глубина скважины, м; / - длина бурильной трубы, м; g - число труб в бурильной свече.

Среднее число свинчиваний, приходящееся на одну свечу

(1)

В расчете на один замок

Я

I + С

81 20 ■ (2)

28° (3)

Время (/), необходимое для свинчивания соединения

¡-т

~со' (4)

где т - число оборотов полного свинчивания ЗРС; со - угловая скорость свинчивания, с"1. После расчета количественных показателей ресурса ЗРС вычислялась интенсивность изменения критерия Н0, в зависимости от конструктивных параметров, ЗРС определяемых с учетом методики А. П. Барышникова: Количество витков в зацеплении

_ (0,463- /у +1382)

(2-*-Л,) ' (5)

Длина резьбы по винтовой линии (I), вступившей в контакт на определенном этапе свинчивания соединения

п

1 2PK{d2 -d?)

(6)

Тогда на произвольном этапе свинчивания имеем:

Ь = - 2Л + К ■ Р. ■ т)2 - Ш - К1)11

2 РК1К У 1 (7)

Суммарная длина витков резьбы, мм

1В =0,466-^+1382.

(8) (9)

Длина винтовой линии резьбы

lB=2-n-Rp-nB. Средний радиус резьбы

Rc=—---(d 1 -d2).

с 2-Р-ККср (Ю)

Влияние центробежных сил на величину наработки ЗРС F = (1СВ ■ Cosa) ■ со

>

где Cosa - угол прогиба наращиваемой свечи

Интенсивность изменения критерия Н0, от массы свечи

(И)

к =

я

т

(12)

где Н0 - расчетное значение критерия работоспособности для новой замковой резьбы, изготовленной по ГОСТ 50864-96, мм

2-И.

Н =-К

тсв — масса наращиваемой свечи. Тогда степень износа резьбы определяется из выражения

Я -Я

С„ =

Я

-.100%.

(13)

(14)

Стендовые испытания по определению относительной высоты посадки муфты на ниппель (рисунок 2, а) и значения критерия работоспособности резьбы (рисунок 2, б) от числа циклов свинчивания-развинчивания производились со смазками УСсА (Образец 1) и МСБ-ЗОЕСР (Образец 2).

а б а - иземение относительной высоты посадки муфты на ниппель, б - определение критерия работоспособности резьбы

Рисунок 2 - Результаты стендовых испытаний

Таким образом из проведенных испытаний следует, что на износостойкость большое влияние оказывает состав смазки, как видно смазка ИСЗ-ЗОЕСР показывает кратно лучшие результаты по сравнению с широко используемой в отечественной промышлености смазкой УСсА.

На следующем этапе произведены сравнительные испытания смазок УСсА и ЫСЗ-ЗОЕСР, а так же для сравнения смазки РУС-1, на четырехшариковой машине трения (ЧШМ-1) (рисунок 3) в соответствии с ГОСТ 9490-75 «Материалы смазочные жидкие и пластичные. Метод

определения трибологических характеристик на четырехшариковой машине» (ограничение по сроку действия отменено).

В соответствии с ГОСТ 9490-75 установлены для определения, следующие основные трибологические характеристики смазочных материалов:

1) противоизносные свойства - по диаметру пятна износа Ои;

2) противозадирные свойства - по индексу задира Я3;

3) несущая способность - по критической нагрузке Рк;

4) предельная нагрузочная способность - по нагрузке сваривания Рс. Принято объединять их в два основных метода испытаний.

б

а - общий вид ЧШМ-1. б - схема узла трения - патрон; 2 - цанга; 3 - накидная гайка; 4 - упорная втулка; 5 - испытательная чашка; 6 - упорный подшипник. Рисунок 3 - Четырехшариковая машина трения (ЧШМ-1)

Первый связан с оценкой противоизносных свойств смазочных материалов и заключается в проведении испытаний при постоянной нагрузке в течение 60 мин с измерением после окончания испытания среднего диаметра пятна износа В„. Чем меньше этот диаметр, тем выше противоизносные свойства смазочного материала.

В указанную методику испытаний смазочных материалов на четырехшариковой машине входит оценка трибологических свойств смазочных материалов с помощью комплексного критерия - индекса задира И3, представляющего собой условную нагрузку 0, осредненную по всему интервалу использованных при испытании нагрузок - от начальной до Рс . Индекс задира

«и,

где п - число испытаний;

-2' ~ сумма условных нагрузок от начальной до предшествующей Р, Н;

(16)

где Р - осевая нагрузка, кН;

А, - средний диаметр пятна износа, мм;

4 - диаметр зоны упругой деформации шариков (площадка по Герцу) при нагрузке?, мм (значения с?г принимают согласно приложению 2 к ГОСТ 9490-75).

Принято считать, чем больше И„ тем выше противоизносные свойства смазочного материала при жестких условиях нагружения (так как при Р<РК диаметр пятна износа Д мало отличается от с1т, а на величину Иъ наибольшее влияние оказывают значения Д при нагрузках, превышающих Рк, когда ¿Г<Д).

Второй метод позволяет оценить противозадирные свойства смазочного материала и заключается в определении диаметров пятен износа на нижних шариках при ступенчато возрастающей нагрузке, действующей на узел трения, с продолжительностью испытания при каждой нагрузке 10 с. Противозадирные свойства смазочных материалов оценивают по критической нагрузке 1\. - осевой нагрузке, действующей на узел трения, при превышении которой наблюдается резкое увеличение пятна износа вследствие разрушения смазочного слоя, разделяющего трущиеся поверхности; по нагрузке сваривания Рс - нагрузке, при превышении которой имеет место сваривание шариков и которая характеризует предельную способность смазочного материала предотвращать задир.

Чем больше значения критической нагрузки Рк и нагрузки Рс сваривания, тем выше противозадирная стойкость исследуемого смазочного материала.

Обработка результатов производилась с оценкой сходимости (повторяемости) Д и воспроизводимости Я в соответствии с ГОСТ 9490-75.

По окончании испытаний и статистической обработки результатов (таблицы 1 - 4) построена зависимость изменения диаметра пятна износа от приложенной нагрузки (рисунок 4).

Таблица 1 - Определение показателя износа (£>„) по ряду нагрузок Р = 0,20-0,78 кН

Смазка Средний диаметр пятен износа, Д, мм Сходимость (повторяемость) г, мм !оспроизводимость R, мм

УСсА 1.92 0.69 0.2

РУС-1 0.95 0.30 0.2

NCS-30ECF 0.76 0.21 0.2

Таблица 2 - Определение индекса задира (И3)

Смазка Нагрузк Средний Площадка по Условная Индекс

а диаметр пятен Герцу (^+0'15), мм нагрузка Q, задира

Р, кН износа кН Я',кН

D„, мм

УСсА 0.20 1.28 0.39 0.06 0.12

0.39 1.78 0.45 0.10

0.62 2.07 0.50 0.15

0.78 2.55 0.53 0.16

РУС-1 0.20 0.89 0.39 0.09 0.25

0.39 0.91 0.45 0.19

0.62 0.98 0.50 0.32

0.78 1.03 0.53 0.40

NCS-30ECF 0.20 0.60 0.39 0.13 0.30

0.39 0.68 0.45 0.26

0.62 0.82 0.50 0.38

0.78 0.93 0.53 0.45

Таблица 3 - Определение критической нагрузки (Рк)

Смазка Средний диаметр пятна износа, мм Критическая нагрузка, кН

УСсА* 1.92 Рк = 0.9

РУС-1* 0.95 Рк ~ 2.18

NCS-30ECF 0.76 Рк = 2.24

Таблица 4 - Определение нагрузки сваривания (Рс)

Смазка Нагрузка сваривания, кН

УСсА* Рс = 2.41

РУС-1* Рс = 4.21

NCS-30ECF Рс = 6.38

* Рк и Рс для УСсЛ, РУС-1 по Ф. Н. Янгирову.

;

¡3 1.а

0'18 028 °-38 0 48 0.58 0.68 0.78

Нагрузка Р, кН

а б а - формы пятен износа при 56 кратном увеличении, б - зависимость величины износа Рисунок 4 - Оценка противоизносных свойств смазок

Следующим этапом было проведение испытаний на машине трения СМТ-1. При этом расчетные нагрузки свинчивания определялись из соотношений: Удельные давления в резьбе, возникающее в первоначальный момент свинчивания

Т =

Р F

Нормальные давления в резьбе влияющие на силу трения при свинчивании

ч.

п (18)

влияние удельных давлений на силу трения с учетом конструктивных

параметров резьбы

Т"=

М

■ Бш

arctg-

. dcp + Kl

(19)

йср + К!

Условия расположения замковых деталей при свинчивании влияющие на площадь взаимного контакта Fl<

1-Х

F, =

Cosa

К

Р (2°)

Результаты характера изнашивания при изменении нагрузки и скорости скольжения представлены на рисунках 5-7.

УСсА

уСсА 15,0 МПа, 327IÍB

. %CuSai \ 12,5 МПа, 305 НЕ ___ ___J 5,0 Mlla, 327НВ

А__ _. УСсА* 0.24 изс , faCuSoi —- .___

—=-----

0.08 0.18 0.28 0.38 0.48 0.S8 0.68 0.78 __________________ Линейная скорость Улин. м/с

Рисунок 5 - Изменение величины износа (ролика) от нагрузки

Износ иПразцив (колодки) сталь 40 ХН при разной нагрузке н скорости скольжения

Линейная скорость \/лин, м/с

Рисунок 6 - Изменение величины износа (колодки) от нагрузки

Износ образцов (ролик-колодка) сталь 40ХН с разной смазкой, скоростью скольжения

Рисунок 7 - Изменение величины износа при разной скорости скольжения

Наблюдаемая на рисунках 5-7 зависимость уменьшения величины износа ролика при увеличении линейной скорости оказались аналогичными известным кривым, для пары трения вал-втулка (по Гаркунову Д. Н., Хрусталеву Ю. А.) и соответствуют установившимся представлениям о режиме трения с процессом образования микрогидродинамического клина («всплытия») вращающающегося образца в среде смазочного материала (рисунок 8).

где а - величина удельной скорости изнашивания, Р- среднее давление; К- скорость скольжения; т, п, к, I ~ показатели влияния давления, скорости и их изменения на износ деталей, зависящие также от условий трения; т -продолжительность работы.

Четвертая глава посвящена исследованию эффективности смазочных композиций с наполнителями и разработке смазочного материала, повышающего долговечность ЗРС.

Выбор минерализованной воды, как одной из исследуемых сред, обусловлен тем, что она также применяется в качестве промывочной жидкости, и в то же время позволяет оценить влияние концентрации солей на изнашивание. Определение эффективности применения смазок в условиях минерализованной среды равной 36,4 г/л представлено на рисунках 9, 10.

Как видно, в среде минерализованной воды диаметры пятна износа существенно увеличиваются. Для компенсации негативного влияния солей на качество смазки использован эффект избирательного переноса, открытый учеными И. В. Крагельским и Д. Н. Гаркуновым. В качестве автокомпенсирующего материала исследована медесодержащая добавка -сульфид меди Си804.

Рисунок 8 - Схема образования микрогидродинамического клина В общем виде износ деталей в сопряжении выражается зависимостью:

(21)

Нагрузка, Н

Рисунок 10 - Величина износа при трении скольжении со смазкой в среде

В пятой главе приведены результаты лабораторных исследований влияния смазочных материалов на трение и изнашивание металлических пар в режиме трения скольжения, а также реализации эффекта автокомпенсации износа в исследуемых смазках и средах, путем введения медесодержащей добавки. Теоретическая сущность эффекта автокомпенсации износа основывается на методиках исследования изнашивания металлических пар в зависимости от смазочных и противоизносных свойств антифрикционных составов с различными физико-химическими свойствами.

Произведен подбор оптимальной концентрации медесодержащей добавки к графитной смазке - УСсА (ГОСТ 3333-80) влияющий на контактную выносливость пар трения. По результатам исследования получена зависимость (рисунок 11) оптимальной концентрации сульфата меди Си8о4 в

медесодержащей добавке, равной 0,24 % масс. Оптимальная концентрация Си8о4 соответствует максимальным значениям контактной выносливости.

Рисунок 11 - Оптимальная концентрация медесодержащей добавки в смазке

В проведенных и описанных в третьей главе исследованиях установлено что с ростом линейной скорости скольжения износ уменьшается тем больше, чем выше удельная нагрузка. Основываясь на полученных результатах, проведены исследования изнашивания при линейной скорости V = 0,18 м/с в среде графитосодержащих смазок с включением медесодержащей добавки.

Испытания производились со следующими составами: 1 - базовая смазка (УСсА); 2 - базовая смазка с 0,24% медесодержащей добавки; 4 - смазка РУС-1,

массового износа

Рисунок 12 - Зависимости коэффициента трения и суммарного массового износа от удельной нагрузки

Как видно из результатов исследования смазка содержащая добавку вполне вполне конкурентна при высоких нагрузках, а стоимость на порядок меньше как отечественных так и зарубежных смазок.

На следующем этапе производилась оценки характера изнашивания от присутствия технологических растворов разной плотности. В качестве добавки к смазкам применялись вода и реальные глинистые растворы, содержащие КМЦ, КССБ, №С1, ЫаОН, сульфанол и ИКБ-4, плотностью (р) от 1,05 до 1,80-103 кг/м3. Растворов утяжелен по существующей технологии. Величина рН исследуемых промывочных жидкостей колебалась в диапазоне 6,0...10.

Для оценки смазочных и противоизносных свойств промывочных жидкостей в режиме скольжения использовалась четырехшариковая машина трения, позволяющая реализовать значительные контактные напряжения.

В испытаниях исследовалась графитная смазка УСсА с добавлением в нее растворов плотностью р=1,05...1,80Т03 кг/м3 и рН=6...10.

На основе теории контактного взаимодействия твердых тел, произведен расчет диапазонов контурных давлений, при которых наблюдаются упругий ненасыщенный, упруго-пластичный, пластический ненасыщенный и пластический насыщенный контакты.

Результаты испытаний смазки с присутствием промывочных жидкостей в режиме трения скольжения представлены в виде зависимости числа циклов нагружения (И) до усталостного разрушения (рисунок 13, а) и давления разрушения смазочной пленки от рН среды (рисунок 13, б).

/2

" /' " ..................................................1 ...... -Сч</'-4

Г

..............................ЬхХ^^ .......................

6 7 В 9 10 Р" 0.1 5 7 8 8 р„1<

а , б

1 - вода; 2 - р=1,05-103 кг/м3; 3 - р=1,25-103 кг/м3; 4 - р=1,60103 кг/м3; 5 - р=1,80Ю3 кг/м3

а - контактную выносливость, б - давление разрушения смазочной пленки Рисунок 13 - Влияние рН на контактную выносливость, давление разрушения смазочной пленки

Анализ полученной зависимости показал, что в сопоставимых условиях параметры контактной выносливости и давления разрушения смазочной пленки уменьшаются с повышением плотности рабочей среды, т.е. интенсивность износа увеличивается.

Выявлено, что максимум контактной выносливости и давления разрушения смазочной пленки достигается в нейтральной среде при рН = 6,3 ... 6,7, стремительно снижаясь примерно в 3 раза до минимума при рН = 8 ... 8,5.

Основные предложения и рекомендации

1) В результате анализа установлена потребность увеличения ресурса замковых соединений бурильных труб на основе совершенствования методов повышения долговечности резьб при сборке-разборке бурильных колонн в процессе спуско-подъемных операций.

2) Предложен комплекс вычислительно-измерительных методик, обеспечивающих тесноту научных исследований в области поиска путей повышения износостойкости замковых резьбовых соединений при их многократном свинчивании.

3) Выявлено, что скорость свинчивания влияет на замковое резьбовое соединение по разному: износ подвижного элемента пары трения ниппель-муфта уменьшается, а неподвижного возрастает при увеличении скорости скольжения.

4) Установлено, что с увеличением удельной нагрузки в диапазоне 2,0...5,0 кН износ пары трения, работающей в среде консистентной смазки, возрастает, а с ростом линейной скорости уменьшается, причем темп снижения износа тем больше, чем выше удельная нагрузка, что объясняется, по видимому, эффектом набегающей волны гидрорасклинивания.

5) Проведены исследования физико-химического взаимодействия пластовых жидкостей с поверхностью металла. Установлено, что при минерализации 36,4 г/л и плотности 1,039 г/см3 противоизносные свойства базовых смазок, в том числе с добавкой графита, улучшаются, а многокомпонентных смазочных составов РУС-1, Р-402 ухудшаются и наблюдается инверсия - обратное смещение значений величины износа.

6) Результаты стендовых испытаний замков ЗП-105-54 с замковой резьбой 3-86, работавших в среде многокомпонентных смазочных материалов с добавкой Си804, при удельной нагрузке 1,02-103 Н показали увеличение

износостойкости в 1,7 раза по сравнении со смазкой без добавки. Резьба по окончании испытания была покрыта слоем медной пленки, что характерно для процессов с реализацией избирательного переноса.

7) Предложен состав смазочной композиции, состоящей из графитной (до 20% масс) смазки УСсА с медесодержащей добавкой CuS04 реализующей избирательный перенос в смазочных многокомпонентных материалах. Определена оптимальная концентрация медесодержащей добавки, равная 0,24% от массы смазоки с содержанием графита до 20% масс.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Основные положения диссертации нашли отражение в следующих печатных работах:

1. Кузьминых Д. В. К методике оценки трибологических свойств смазок для повышения долговечности замкового соединения бурильной колонны //Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. - М.: ОАО «ВНИИОЭНГ», 2011. -№ 9. - С. 22-28.

2. Кузьминых Д. В. Смазки для резьбовых соединений/ Д. В. Кузьминых, И. Ю. Быков // Сборник научных трудов: материалы научно-технической конференции (17-20 апреля 2007г., Ухта): в 2 ч.; ч. I/ под ред. Н. Д. Цхадая. -Ухта: УГТУ, 2008. - С. 86-89;

3. Кузьминых Д. В. Влияние эксплуатационных факторов на ресурс резьбового соединения бурильных труб/ Д. В. Кузьминых, И. Ю. Быков // Сборник научных трудов: материалы научно-технической конференции (15-18 апреля 2008 г., Ухта): в 2 ч.; ч. I/ под ред. Н. Д. Цхадая. - Ухта: УГТУ, 2008. - С. 162-166;

4. Кузьминых Д. В. Анализ промысловых данных влияния эксплуатационных факторов на ресурс резьбового соединения бурильных труб/ Д. В. Кузьминых, И. Ю. Быков // Сборник научных трудов: материалы научно-технической конференции (15-18 апреля 2008 г., Ухта): в 2 ч.; ч. I/ под ред. Н. Д. Цхадая. - Ухта: УГТУ, 2008. - С. 162-166;

5. Кузьминых Д. В. Направления оценки влияния эксплуатационных факторов на ресурс резьбового соединения бурильной колонны в зависимости от технологии ее сборки/ Д. В. Кузьминых, И. Ю. Быков //IX Международная молодежная научная конференция «Севергеоэкотех - 2008»: Материалы

конфренции (19-21 марта 2008 г., Ухта): в 3 ч.; ч. 2. - Ухта: УГТУ, 2008. - С. 164-166;

6. Кузьминых Д. В. Методики проведения лабораторных исследований износостойкости при трении моделей резьбовых соединений бурильной колонны/ Д. В. Кузьминых, И. Ю. Быков // Сборник научных трудов : материалы научно-технической конференции (14-17 апреля 2009 г., Ухта): в 2 ч.; ч. I/ под ред. Н. Д. Цхадая. - Ухта: УГТУ, 2009. - С. 106-109;

7. Кузьминых Д. В. Результаты лабораторных испытаний по определению влияния смазок на износ резьбовых соединений/ Д. В. Кузьминых, И. Ю. Быков // Сборник научных трудов : материалы научно-технической конференции (14-17 апреля 2009 г., Ухта): в 2 ч.; ч. V под ред. Н. Д. Цхадая. -Ухта: УГТУ, 2009. - С. 109-113;

8. Кузьминых Д. В. Методика определения остаточного ресурса резьбового соединения при свинчивании и развинчивании/ Д. В. Кузьминых, И. Ю. Быков // X Международная молодежная научная конференция «Севергеоэкотех - 2009»: материалы конференции, (18-20 марта 2009 г., Ухта) в 4 ч.; ч. I. - Ухта: УГТУ, 2009. - С. 253-257;

9. Кузьминых Д. В. Оценка степени износа образцов бурильных труб в среде смазочного материала при переменной линейной скорости скольжения в соотношении с угловой скоростью сборки бурильной колонны/ Д. В. Кузьминых, И. Ю. Быков //XI Международная молодежная научная конференция «Севергеоэкотех - 2010»: материалы конф, (18-20 марта 2010 г., Ухта) в 4 ч.; ч. I. - Ухта: УГТУ, 2010. - С. 253-257;

Ю.Кузьминых Д. В. Влияние нагружения на коэффициент трения опытного образца при различной скорости вращения в смазочной среде/ Д. В. Кузьминых, И. Ю. Быков //Сборник научных трудов: материалы научно-технической конференции (13-15 апреля 2010 г., Ухта): в 3 ч.; ч. V под ред. Н. Д. Цхадая. - Ухта: УГТУ, 2010. - С. 195-198.

Отпечатано в типографии Ухтинского государственного технического университета Республика Коми, г. Ухта, уя. Октябрьская, 13. Усл. печ. л. 1,4. Подпирало в печать 15.09.11 г. Тираж 120 экз. Заявка №. 2672.

Условные обозначения

Введение

1 Анализ существующих методов повышения долговечности 11 замкового соединения бурильной колонны

1.1 Анализ факторов, влияющих на долговечность замковых со- 11 единений бурильной колонны

1.2 Современные представления о повышении работоспособно- 11 сти замкового соединения бурильной колонны

1.3 Условия работы конического соединения замковых буриль- 13 ных труб и пути повышения их долговечности

1.4 Промысловый опыт

1.5 Влияние смазочных и противоизносных свойств резьбоуп- 29 лотнительных составов на разрушение элементов резьбы бурильных замков

1.6 Избирательный перенос и его реализация в смазочных со- 35 ставах

1.7 Цели и задачи исследования

1.8 Выводы по первой главе

2 Формирование комплекса методик исследования 41 2.1 Методики исследования

2.1.1 Методика визуально-оптического и измерительного контро- 41 ля

2.1.2 Твердометрия

2.1.3 Массометрия 46 2.2. Методический комплекс по изучению процессов трения

2.2.1 Методика планирования и обработки данных эксперимента

2.2.2 Методика испытаний на четырехшариковой машине трения 51 2.2.2.1 Подготовка и проведение испытаний. Показатели и режимы испытании

2.2.2.2 Определение основных трибологических характеристик по 54 результатам испытаний

2.2.3 Методика испытаний на универсальном триботехническом 57 комплексе (серийная машина трения СМТ-1)

2.2.4 Методика испытаний резьб при многократном свинчивании 59 на полномасштабном буровом стенде-скважине ОАО НПО "Буровая техника"

Выводы по второй главе

3 Исследование изнашивания замковых резьбовых соединений при многократном свинчивании

3.1 Теоретические основы процесса исследования изнашивания 64 замковых резьбовых соединений при многократном свинчивании

3.2 Испытание резьб при многократном свинчивании на полно- 66 масштабном буровом стенде-скважине ОАО НПО "Буровая техника"

3.3 Испытания на четырехшариковой машине трения

3.3.1 Выбор смазочного состава и параметров исследуемых сма- 69 зок

3.3.2 Установка, образцы и аппаратура

3.3.3 Подготовка и проведение испытаний. Показатели и режимы 72 испытаний

3.4 Испытания на универсальном триботехническом комплексе 77 (серийная машина трения СМТ-1)

3.4.1 Установка, образцы и аппаратура

3.4.2 Режимы испытаний. Подготовка и их проведение 82 Выводы по третьей главе

4 Влияние смазочных композиций на долговечность замковых резьбовых соединений

4.1 Исследование эффективности смазочных композиций с на- 87 полнителями в условиях минерализованной среды

4.2 Исследование влияния смазочных композиций с наполните- 88 лями на работоспособность при реализации эффекта избирательного переноса

Выводы по четвертой главе

5 Влияние свойств рабочей среды на характер изнашивания резьбовых поверхностей

5.1 Разработка медесодержащей добавки реализующей избира- 93 тельный перенос в смазке

5.2 Исследования влияния технологических растворов на рабо- 96 тоспособность резьб

5.3 Влияние удельной нагрузки на работоспособность резьб

5.4 Влияние скорости скольжения на работоспособность резьбо- 102 вых соединений

5.5 Оценка характера изнашивания от присутствия техноло- 105 гических растворов разной плотности

5.6 Влияние промывочных жидкостей на контактное давле- 111 ние разрушения смазочной пленки в резьбовых соединениях

Выводы по пятой главе

Основные предложения и рекомендации

Актуальность проблемы. В процессе строительства как вертикальных, так и наклонно-направленных скважин (обычных (ОНС), пологих (ПС), горизонтальных (ГС), наклонных скважин с большим отклонением от вертикали (НСБО)) связующим звеном наземного оборудования с инструментом, применяемым во- время различных технологических операций- является колонна бурильных труб. Сам процесс проведения спускоподъемных- операций при подъеме бурильного инструмента, является1 критическим условием эксплуатации, бурильного инструмента. В зависимости от конкретных горно-геологических и технико-технологических условий бурения- скважины величины нагрузок на колонну могут доходить до предельно'допустимых значений прочности бурильных труб, что в свою очередь приводит к осложнениям в скважине либо возникновению аварий. В* процессе спуска бурильной колонны и смонтированного на ней инструмента, геофизической аппаратуры и внутрискважинного эксплуатационного оборудования? возникают силы, сопротивления; препятствующие её нормальному прохождению по стволу скважины, что также является причиной-осложнений и возникновения^ аварий с резьбовыми соединениями.

Актуальным и значимым, является* вопрос увеличения ресурса замковых резьбовых соединений- (ЗРС) бурильных труб на1 основе совершенствования' методов- повышения долговечности резьб при сборке-разборке колонн в процессе спуско-подъемных операций.

Связь темы диссертации с плановыми исследованиями.

Изучению условий эксплуатаций резьбовых соединений при бурении скважин посвящены труды таких видных ученых как Н. Д. Щербюк, Н. Bfi. Якубовский, А. Е. Сароян. Ими отмечено, влияние износа на эксплуатационный ресурс замковых соединений, который^ приводит к их разрушению. Проблемами изнашивания подвижных сопряжений- и разработку методов повышения срока службы оборудования занимались ученые: Буше H.A., Гаркунов Д.Н., Горячева И.Г., Дроздов Ю.Н., Колесников В1И., Крагельский И.В., Матвеевский Р:М., Михин Н.М., Семенов А.П., Сорокин Г.М., Хрущев М.М., Чичинадзе A.B. и др.

Цель работы.

Совершенствование методов повышения долговечности замкового соединения бурильной колонны при многократном свинчивании.

Задачи исследования:

- проанализировать существующие методы повышения долговечности замковых соединений бурильных труб;

- сформировать комплекс методов исследования;

- провести исследования изнашивания замковых резьбовых соединений при многократном свинчивании-развинчивании;

- исследовать влияние смазочных композиций на долговечность замковых резьбовых соединений;

- оценить влияние свойств рабочей^ среды на характер изнашивания резьбовых поверхностей;

- разработать рекомендации по повышению износостойкости замковых резьб.

Научная новизна:

1. Определена оптимальная концентрация* медесодержащей добавки Си304 к графитосодержащим смазкам, равная 0,24 масс. %, обеспечивающая процесс избирательного переноса и повышения долговечности замкового резьбового соединения.

2. Установлено, что в, процессе многократного свинчивания замкового резьбового соединения^ наименее долговечным является его ¡неподвижный элемент - муфта, резьба которой подвержена наибольшему износу.

3. Выявлено, что максимум контактной выносливости и давления разрушения смазочной пленки'достигается в нейтральной среде при рН=6,3.6,7, стремительно снижаясь примерно в-3 раза до минимума при рН=8.8,5.

4. Показано, что в сопоставимых^условиях параметры контактной выносливости и давления;разрушения смазочной пленки уменьшаются с повышением плотности рабочей среды.

5. Найдено-оптимальное соотношение скоростей'свинчивания замкового соединениями удельношнагрузки; распределяемой-по винтовой^линии резьбы, обеспечивающее оптимум долговечности при эксплуатации бурильных замков.

Основные защищаемые положения:

1. Системная оценка влияния эксплуатационных факторов на долговечность замковых резьбовых соединений.

2. Комплекс лабораторно-испытательных и вычислительных методик для определения многофакторности параметров.

3. Оценка влияния удельной нагрузки и скорости скольжения на процесс трения и изнашивания.

4. Метод изучения влияния рН и минерализации на процесс изнашивания металла при трении.

5'. Методика- определения оптимальной концентрации медесодержащей добавюг в смазке- для повышения износостойкости резьбы- бурильных замков; изготовленных из стали«40 XHt

Практическая ценность.

Г. В' результате диссертационных исследований обосновано значение создания методики повышения работоспособности^ как следствие, определения износостойкости замковой, резьбы и качества1 применяемой смазки в процессе плоскопараллельного- контактирования витков резьбы при свинчивании-развинчивании и формировании базы данных* по триботехническим характеристикам и технологической эффективности наполнителей из цветных металлов, используемых в смазочных материалах в-качестве плакирующих элементов, а также подбором в лабораторных условиях типа*.добавки и* её количественного содержания, позволяющей реализовать эффект автокомпенсациии износа. Кроме того:

1.1 Разработаны практические рекомендации повышения долговечности замковых резьб при сборке-разборке бурильной колонны и предложено:

- осуществлять меньшую частоту вращения бурового ключа* при, свинчи-ванииЗРС равную 40 мин"1, что соответсвует линейной скорости для ЗРС с замком 3-133' VCK = 0,27 м/с при использовании* муфт резьбового соединения с твердостью в пределах 280-300 НВ;

- использовать большую частоту вращения, бурового ключа при свинчивании. ЗРС, равную 84 мин"1, что соответсвует линейной- скорости для ЗРС с замком 3-133' VCK = 0,56 м/с, при-увеличении нагрузки-от массы.наращиваемых труб свыше 3,0 кН. В основу рекомендаций положены результаты по методике определения аналитической зависимости ll~f^P) - величины, износа и от удельной нагрузки Р и и = /(Fœ) - величины износа и от линейной скорости скольжения VCK для различных элементов резьбовой пары, которые позволяют предотвратить преждевременный износ одного из элементов и повысить долговечность замкового соединения в целом.

1.2 Разработаны рекомендации по применению смазок для использования в минерализованных средах.

Реализация результатов.

Результаты диссертационной работы рекомендуются для использования в научно-исследовательских и проектных институтах нефтегазовой отрасли например в. филиале ООО «ВНИИГАЗ» в г. Ухта и других проектно-конструкторских организациях, инжиниринговых и исследовательских' центрах нефтяного и газового комплекса, например» филиале ООО "ЛУКОЙЛ-Инжиниринг" "ПечорНИПИнефть", а также на нефтегазодобывающих предприятиях при решении практических задач, в компаниях ОАО «Газпром», ОАО «НК «Лукойл», ОАО «НК «Роснефть»» и-др (Приложение А).

Полученные результаты используются в учебном процессе при подготовке бакалавров и специалистов по специальности "Технологические-машины и оборудование", "Машины и оборудования нефтяных и газовых промыслов", а так же магистров по направлению «Нефтегазовое дело» (Приложение Б).

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались на международных научно-технических конференциях «Севергеоэкотех» при УГТУ в 2007-2011 годах, конференциях преподавателей и сотрудников УГТУ в 20072011 годах, конференциях ООО «ЛУКОЙЛ-Коми» в 2010-2011 годах, научно-технической конференции ООО «РН - Северная нефть» в 2011 году и на конференциях в рамках научно-педагогической школы «Современные проблемы нефтепромысловой и буровой механики» в 2007-2011 годах, кафедре машин и оборудования нефтяной и газовой промышленности УГТУ в 2011 году.

Публикации.

Основные результаты исследований опубликованы в 10 работах, в т.ч. 1 статья'в изданиях, рекомендованных ВАК по специальности защиты, 3-х тезисов докладов на научно-технических конференциях.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, общий объем составляет 125 страниц, включая содержание, 47 рисунков, 11 таблиц, список литературы состоит из 108 наименований.

Основные выводы и рекомендации

1. В результате анализа установлена потребность увеличения ресурса замковых соединений бурильных труб на основе совершенствования методов повышения долговечности резьб при сборке-разборке бурильных колонн в процессе спуско-подъемных операций.

2. Предложен комплекс вычислительно-измерительных методик, обеспечивающих полноту научных исследований в области поиска путей повышения износостойкости замковых резьбовых соединений при их многократном* свинчивании.

3. Выявлено, что скорость свинчивания влияет на замковое резьбовое соединение по разному: износ подвижного элемента пары трения* ниппель-муфта уменьшается, а неподвижного возрастает при увеличении скорости скольжения.

4. Установлено, что с увеличением нагрузки в диапазоне 2,0.5,0 кН износ пары трения, работающей в среде консистентной смазки, возрастает, а с ростом линейной скорости уменьшается, причем темп снижения- износа тем больше, чем выше нагрузка, что объясняется, по видимому, эффектом набегающей волны гидрорасклинивания.

5. Проведены исследования влияния минерализации и плотности в зависимости от нагрузки на давление разрушение смазочной пленки, являющейся 1 причиной уменьшения* работоспособности. Выявлено, что минерализация и плотность в зависимости от нагрузки- оказывает негативное влияние на давление разрушение смазочной пленки и смазочную способность как базовых смазок, в том числе с добавкой графита, так и многокомпонентных смазочных со-ставов,РУС-1, Р-402.

6. Результаты стендовых испытаний замков>ЗП*-105-54 с замковой резьбой 3-86, работавших в среде многокомпонентных смазочных материалов с добавкой Си804, при нагрузке

1,02-1О3 Н показали увеличение работоспособности в 1,7 раза по сравнении-со смазкой!без добавки. Резьба по окончании испытания была, покрыта слоем медной пленки, что характерно для- процессов с реализацией избирательного переноса.

7. Предложен состав смазочной композиции, состоящей из графитной (до 20 масс. %) смазки УСсА с медесодержащей добавкой Си804 реализующей избирательный перенос в смазочных многокомпонентных материалах. Определена оптимальная концентрация медесодержащей добавки, равная 0,24 % от массы смазки с содержанием графита до 20 масс. %.

8. Выполненная работа в целом представляет собой комплексную методику научного обоснования методов повышения долговечности замкового соединения бурильной колонны.

1. Айзупе Э.А. Измеритель напряжений в бурильных трубах при роторном бурении. Тр. Всесоюз. науч.-исслед. ин-т разработки- и эксплуатации нефтепромысловых труб, Куйбышев; 1978;, вып. 10, Нефтепромысловые трубы, с. 35-37.

2. Бухарев Н.А.' Работоспособность трубных, резьбовых соединений легкосплавных; бурильных труб при проводке скважин с повышенными забойными температурами. Дис. канд. техн. наук; М!, 1988; 157 с.

3. Быков И.Ю: Эксплуатационная надежность и работоспособность иефтега-зопромысловых и буровых машин: Учебное пособие / И.Ю. Быков, Н.Д. Цха-дая. Ухта: УГТУ, 2010: 304 е.: ил.10: Вадецкий Ю. ВКБурение нефтяных и газовых скважин. М:: Недра, 1978. -471 с. " '

4. Газанчан Ю.И., Семин В;И. Повышение сопротивления усталости замковых резьбовых соединений утяжеленных бурильных труб большого диамет-ра//НТЖ. Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. — М.: ОАО «ВНИОЭНГ» 2004. №6. - С. 15-17.

5. Гаркунов Д. Н., Крагельский И. В., Поляков А. А. Избирательный перенос в узлах трения. М.: Транспорт, 1969. - 103 с.

6. Гаркунов Д.Н. и др. Водородное изнашивание деталей машин: Моногра-фия/Д.Н. Гаркунов, Г.И.Суранов, Ю.А.Хрусталев. Ухта: УГТУ, 2003.-199 с.

7. Голубев А. И. и др. Уплотнения и уплотнительная техника. М.: Машиностроение, 1986. - 460 с.

8. Григорович В'. К. Твердость и микротвердость металлов/В. К. Григорович. -М.: Наука, 1976.-230 с.

9. Гуляев А. П. Металловедение. Учебник.для вузов«. 6-е изд., перераб. и доп. М.: Металлургия; 1986: 544гс.

10. Давыдов' Г.А. Исследования и разработка методов повышения износостойкости резьбы замков для геологоразведочных бурильных труб. — Дис. к—та техн. наук, М., МГРИ, 1973 .

11. Инструкция по расчету бурильных колонн. М'. 1997 г.

12. Иосилевич Г. Б. Затяжка и стопорение резьбовых соединений: Справ.пособие. М. : Машиностроение, 1971. - 183 с. - (Б-ка конструктора).

13. Карпенко Г. В. Влияние среды на прочность и долговечность металлов. -Киев, Наукова думка, 1976. 125 с.

14. Керимов З.Г., Гнилке В., Мамедова П.М1 Определение долговечности бурильных труб по критерию циклической прочности с учетом нагрузок при спуско-подъемных операциях. Изв. вуз. "Нефть и газ", 1977, №3, с. 101-106.

15. Ковалев М. К. Нарезание И'контроль резьбы бурильных труб и замков. — М.: Недра, 1965*.

16. Козаченко Н.Е. Вопросы надежности бурильных колонн. Обзор инф., М., ВИЭМС, 1978, 54 с.

17. Копылов В. Е., Артюшкин В. Н. Быстроразъемные и упругие соединения бурильных труб. Тюмень, ТГУ, 1983, с. 96.

18. Костецкий Б. И. Трение, износ и смазка в машинах. Киев, Техника, 1970. - 395 с.

19. Кудрявцев М. В., Тимокин В. М: Влияние технологии изготовления и условий сборки на усталостную прочность резьбовых соединений// Тр. ЦНИИТ-маш, 1972. Кн. 112.

20. Кузьминых Д. В. Анализ промысловых данных влияния эксплуатационных факторов на ресурс резьбового соединения бурильных труб/ Д. В. Кузьминых,

21. Кузьминых Д. В. К методике оценки-трибологических свойств смазок для повышения долговечности замкового соединения бурильной колонны //Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море: М1: ОАО «ВНИИОЭНГ», 2011. -№-9. - С. 22-28. ' ,

22. Кузьминых Л. Я; Замковый переходник. Разведка и охрана недр. 1959; №7, с. 55.

23. Панина Т. Д., Литвиненко В. И., Варфоломеев Б. Г. Процессы переработки пластовых вод месторождений углеводородов. Монография Ухта: УГТУ, 2006. - 172 с.

24. Лачинян Л. А., Угаров С. А. Конструирование, расчет и эксплуатация бурильных геологоразведочных труб и их соединений. М. «Недра», 1975. 232 с.

25. Лачинян Л.А. Исследование работы замковых резьбовых соединений бурильных труб и разработка рекомендаций по повышению • их долговечности в геологоразведочном бурении: Дис. канд. техн. наук, 1964.

26. Лачинян Л.А. О влиянии переменного кручения. на сопротивление-усталости бурильной колонны. РНТС "Машины и нефт. оборудование", 1981, №6, с.27-29.

27. Лачинян Л.А. Работа бурильной колонны. М.: Недра, 1979, 207 с.

28. Лачинян Л.А., Угаров С.А.,.Андрейко С.Н. Экспериментальное исследование влияния предварительной затяжки на выносливость замковых соединений. -Машины и нефтяное оборудование, 1967, № 11, с. 31-34.

29. Малинский Ф. 3., Шибаев В; А., Золотников М. G. Результаты экспериментального исследования износостойкости замковых резьб бурильных труб. Тр. ВНИИТнефти, Куйбышев, 1982, с. 71-73.

30. Малов Е.А., Дадонов Ю.А., Ефименко В:И. и др. Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности. РД 08-200-98.-Москва.-1998.

31. О повышении надежности шпинделя турбобура. /Ишемгужин Е.И., Султанов Б.З., Лягов A.B. и др./. РНТС, Машины и нефт. оборудование, 1977, №12, с. 7-8.

32. Папшев Д. Д. Упрочнение деталей обкаткой шариками. М.: Машиностроение, 1968. - 132 с.

33. Пивоваров! Э. В: Методика подбора консистентных смазок для осевых опор качения турбобуров. Машины и нефтяное оборудование, 1979, №7. с. 19-21.

34. Посташ С. А. Промысловые исследования влияния смазывающих добавок на работу и износ бурильного инструмента. В кн.: Технология бурения нефтяных и газовых скважин. Уфа, 1973. с. 107 -112.

35. Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности. ПБ 08-62403 утвержденные Госгортехнадзором России от 05.06.2003'г. №56

36. Проскуров А. П. Исследование и повышение износостойкости долотных сталей при статическом и динамическом нагружении реализацией эффекта избирательного переноса. Диссертация кандидата технич. наук. М, 1978. - 198 с.

37. Пыж Р. М., Северинчик H.A. Повышение работоспособности резьбовых соединений бурильных труб. Строительство нефтяных и газовых скважин насуше и на море//ЭИ сер Нефтяная промышленность. М.: ВНИИОЭНГ, 1990. -12 с.

38. Сароян А. Е., Грузинов Я: А. Повышение работоспособности бурильных замков. Машины и нефтяное оборудование, 1973, № 2, с. 6 8.

39. Сароян: А.Е. Механизм и критерий;износа замковых; соединений бурильной колонны. Азерб: нефт. х-во, 1984, №4.

40. Сароян А.Е. Теория и практика работы бурильной? колонны; М.: Недра; 1990; 236 с. ' . • '

41. Семин В. И. Определение ресурса замкового резьбового соединения при многократном свинчивании//НТЖ. Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. М.: ОАО «ВНИОЭНГ» 2004. - №12. - С. 11-12.

42. Семин В. И. Оптимизация технологии упрочнения замковой резьбы методом поверхностно-пластического деформирования//НТЖ. Строительство, нефтяных и газовых скважин на суше и на море. — М:: ОАО1 «ВНИОЭНГ» 2005. -№1. С. 23-27. " ' .' л ■':.;■

43. Семин В: И. Предельная осевая растягивающая нагрузка на бурильный замок из; условия«1 герметичности, соединения//НТЖ. Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. М.: ОАО «ВНИОЭНГ» 2005. - №6: - С. 19-21. ■. . :Г , : А • " ■

44. Семин В. И. Проектирование высокогерметичных резьбовых соединений обсадных и насосно-компрессорных труб с помощью конечно-элементного анализа//НТЖ. Строительство нефтяных- и газовых скважин» на суше и на море.- М-: ОАО «ВНИОЭНГ» 2005. №2. - С. 25-29.

45. Семин В:И. Определение ресурса замкового резьбового соединения, при многократном свинчивании//! 1ТЖ. Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море. М*.: ОАО «ВНИОЭНГ» 2004. - №12. - С. 11-12.

46. Середа II. Г., Соловьев Е. М1 Бурение: нефтяных и говых скважин. М.: Ндра, 1974. - 456 с.

47. Синицын В: В. Пластичные смазки в СССР. М.: Химия, 1984: - 189 с.79: Справочник инженера по бурению. Т. 2. // Под ред. В.И. Мищевича и Н.А Сидорова. М.: Недра, 1973.

48. Справочное, руководство по нефтепромысловым трубам / И: Ф. Пивоварови др.. M. : Недра, 1967. - 596 с.

49. Султанов Б.З., Ишемгужин Е.И., Шаммасов Н.Х. Работа бурильной колонны в скважине. -М.: Недра, 1973, 216 с.

50. Трубы нефтегазового сортамента: Международный транслятор-справочник / Под науч. ред. акад. РИА Р.И. Вяхирева, акад. РИА В.Я. Кершен-баума. М.: Издательский центр «Наука и техника», 1997. - 343 с.

51. ТУ 0254-005-54044229-02 Смазка резьбоуплотнительная.РУС, РУС-1.

52. Чичинадзе А. В., Берлинер Э: М., Браун Э. Д. и др. Трение, износ и смазка (трибология и триботехника). М!: Машиностроение, 2003. - 320 с.

53. Шацберг Pi B!, Фелсен И. М. Влияние воды на» размещение .усталостных повреждений и изменение поверхности в условиях смазки при контакте качения. Проблемы трения и смазки, 1969, №2 - с. 101-169.

54. Щербюк Н. Д., Якубовский Н. В'. Резьбовые соединения труб нефтяного сортамента и забойных двигателей. М.: Недра, 1974.

55. Янгиров Ф.Н. Улучшение показателей бурения применениемновой-смазки в> резьбовых соединениях бурильного инструмента. Автореферат канд. технич. наук. Уфа, 1999. - 20 с.

56. А.с. 1434232 СССР. Способ контроля степени износа детали с конической резьбой/Щербюк Н.Д., Семин В.И., Газанчан Ю.И.-1988//БИ№40.

57. ГОСТ 2768-84 Ацетон технический. Технические условия. Госстандарта СССР от 28.08.1984 N 3030 в ред. от 01.09.1989. -М.: Изд-во стандартов, 1991.

58. ГОСТ 27834-95 Замки приварные для бурильных труб. Технические требования. Госстандарт, М.: Изд-во стандартов, 1995.

59. ГОСТ 27964-88 Измерение параметров шероховатости. Термины и определения. Утвержден: Госстандарт СССР, постановление № 4327 от 20.12.1988 Дата ввода документа в действие: 01.01.1990

60. ГОСТ 4.451-86'Микроскопы световые. Номенклатура, показателей. Госстандарт СССР, постановление № 2843 от 25.09.1986. М.: Изд-во стандартов, 1986.

61. ГОСТ 8.423-81 ГСИ. Секундомеры механические. Методы,и,средства поверки. Госстандарт СССР№ 2371 от 15.05.1981. -М.: Изд-во стандартов, 1981.

62. ГОСТ 9490-75 Материалы смазочные жидкие и пластичные. Метод определения трибологических характеристик на четырехшариковой машите — М.: Изд-во стандартов, 1978.'

63. ГОСТ Р 50864—96 Резьба коническая замковая'для элементов бурильных колонн. Профиль, размеры,.технические требования. Госстандарт, М.: Изд-во стандартов, 1997.

64. РД 39-013-90 «Инструкция по эксплуатации бурильных труб» -ВНИИТнефть, «Методические рекомендации по расчету и эксплуатации замковых резьбовых соединений бурильной колонны и забойных двигателей» -ВНИИБТ, Куйбышев 1990.

65. РД 39-2-959-83 «Руководство по предупреждению аварий при бурении скважин» ВНИИБТ, Куйбышев. 1983.

66. СТП ВНИИБТ 1023-2004 «Инструкция по расчету и эксплуатации замковых резьбовых соединений! бурильной колонны и забойных двигателей». 107/А Handbook for the Use and Application of Downhole Drilling Tools, LOR Inc., Houston, 1982.

67. АРГ RP 7G, Recommended practice for Drill Steam Design and Operating Limits. Fourteenth edition, August, 1990.