Ученые из Пермского Политеха придумали, как повысить долговечность нефтепромыслового и бурового оборудования

Пермь, 16 апр - ИА Neftegaz.RU. Ученые из Пермского Политеха предложили новые технологии, которые позволят повысить надежность нефтепромыслового и бурового оборудования.

Об этом сообщила пресс-служба ВУЗа.

Ученые провели исследования, в которых применили новые технологические и конструктивные решения для изготовления, сборки резьбовых соединений.
Результаты опубликованы в журнале «Вестник ПНИПУ: Машиностроение, материаловедение».
Ученые отметили, что упрочнение резьбы методом поверхностного пластического деформирования (ППД) для обеспечения долговечности бурильных труб и других деталей не полностью изучено.

Вообще-то, буровики давно знают:

• разрушение резьбового соединения «ниппель-муфта» - это, если не основная причина аварийного выхода из строя бурильных труб, то - довольно частая;
• существуют разные методы упрочнения резьбовых соединений:
• ППД,
• плазменного упрочнения,
• химико-термического упрочнения - существенного увеличений усталостной прочности не наблюдается,
• ультразвуковой прокатки - дороговато и сложно.
• ППД - это основные технологии, повышающая усталостную прочность резьбовых соединений, при минимальных затратах:
• повышаются твердость и прочность поверхностного слоя,
• формируются благоприятные остаточные напряжения,
• уменьшается параметр шероховатости Rа,
• увеличиваются радиусы закругления вершин и относительная опорная длина профиля;
• к ППД относятся: обкатывание роликами, алмазное выглаживание, дробеструйная обработка, виброгалтовка и др.

Специалисты из Политеха пошли дальше и установили причину низкой долговечности резьбовых соединений бурового оборудования - это несовершенство составных частей и элементов (бурильных труб, переводников бурильных колонн, концевых деталей для винтовых забойных двигателей).
В результате исследования ученые предложили перспективные способы упрочнения поверхностей. Из рассмотренных методов специалисты выделяют 2:

• ППД на основе обкатывания резьбы специальным профильным роликом,
• электромеханическую обработку.

Обкатывание резьбы роликом помогает за счет формирования рациональных сжимающих остаточных напряжений:

• увеличивает микротвёрдость и снижает шероховатость впадины резьбы,
• повышает сопротивление усталости высоконагруженной резьбы.

Электромеханическая обработка - технология поверхностного упрочнения с применением концентрированных потоков энергии - может обеспечить повышение износостойкости изделий и как следствие - надежности оборудования.
В основе этого метода - комплексное термодеформационное воздействие на обрабатываемую деталь при прохождении через зону её контакта электрического тока большой плотности и низкого напряжения:

• в итоге формируется упрочненный поверхностный слой на глубину 1,5-2,5 мм с повышенной микротвердостью в 2-3 раза превышающий первоначальное значение,
• значительно повышающий износостойкость детали.

Термодеформационный процесс - это упругопластическое деформирование металла при неравномерном нагреве в процессе сварки и возникновении вследствие этого временных и остаточных напряжений.
Исследования применения электромеханической обработки проводились на образцах насосно-компрессорных труб (НКТ) и деталей промпредприятий, бурильных трубах.
В результате твердость увеличилась с 18-22 до 48-52 HRC (hrc - показатель твердости), на сталях с более высоким содержанием углерода и легирующих элементов - с 36-37 до 48-49 HRC.
Преимущества электромеханической обработки в сравнении с другими способами:

• отсутствие обезуглероживания и окисления поверхностного слоя;
• технологическая простота;
• повышение износостойкости до 12 раз и предела выносливости на 30-200 %;
• закалку длинномерных и маложестких деталей.

Разработка методологических основ конструкторско-технологического обеспечения надежности резьбовых соединений является актуальной научной задачей при изготовлении бурильных труб, имеет практическую значимость для народного хозяйства России.

Автор: А. Шевченко, О. Бахтина