俄罗斯科学家找到了提高钻井设备耐用性的方法

彼尔姆理工大学的科学家提出了一种提高油田和钻井设备可靠性的综合方法。他们将新的技术和设计解决方案应用于螺纹连接的制造和组装。

俄罗斯科学家找到了一种提高钻井设备耐用性的方法

结果发表在《PNRPU 公报：工程、材料科学》杂志上。对俄罗斯和外国石油和天然气行业机械制造企业的生产经验分析表明，通过表面塑性变形进行螺纹强化以确保钻杆和其他零件的耐用性尚未得到充分研究。

彼尔姆科学家已经确定了钻井设备螺纹连接耐用性低的原因，即组件和元件（钻杆、钻柱接头、井下螺杆马达的端部）的缺陷，并提出了硬化表面的有希望的方法。在所考虑的方法中，专家区分了两种：基于使用特殊轮廓滚子的螺纹滚压和机电加工的表面塑性变形。

“由于形成合理的压缩残余应力，提高了滚子滚丝过程中螺纹连接的耐用性和可靠性，因此显微硬度增加，螺纹根部粗糙度降低，同样重要的是，疲劳高负载螺纹的阻力会增加，”机械与技术学院院长 PNRPU Mikhail Pesin 教授解释道。

- 石油和天然气行业地面和地下设备的资源指标主要取决于在其制造的整个工艺过程中形成的零件表面层的质量。现代机械工程的任务是提高产品的耐用性。

机电加工是一种使用集中能量流的表面硬化技术，可以提高产品的耐磨性，从而提高设备的可靠性。该方法基于当高密度和低电压的电流通过其接触区时对工件的复杂热变形效应。结果，硬化表面层形成深度约为 1.5-2.5 mm，显微硬度比初始值高 2-3 倍，同时显着提高零件的耐磨性。

对油管和工业企业零件、钻杆的样品进行了机电处理的研究。结果，在碳和合金元素含量较高的钢上，硬度从 18-22 增加到 48-52 HRC（HRC - 硬度指数） - 从 36-37 增加到 48-49 HRC。

与其他方法相比，机电加工的优点包括没有脱碳和表面层氧化；技术简单；耐磨性提高多达 12 倍，耐久性极限提高 30-200%；长和低刚性零件的硬化。

据专家介绍，开发螺纹连接可靠性设计和技术支持的方法基础是钻杆制造中一项紧迫的科学任务。对俄罗斯国民经济具有现实意义。“为了全面评估可靠性，我们制定了在螺距尺寸公差范围内进行螺纹切削的实用建议，这使我们能够在螺纹接头的制造和组装过程中形成合理的压应力，”Mikhail Pesin 说。

– 不同技术处理方法的组合在设计的可靠性方面产生了协同效应，在极端操作条件下运行。此外，确定了用滚子滚压强化螺纹表面的加工方式，包括滚子压力、轮廓角、滚子材料和被加工工件的转速。已经开发出一种复杂的模型，允许人们确定组装高负载产品的加工模式和合理参数。”