CC BY
79
ПОВЫШЕНИЕ РАБОЧЕГО РЕСУРСА ВИНТОВОГО ЗАБОЙНОГО
ДВИГАТЕЛЯ Сулеймов М.Т. Email: [email protected]
Сулеймов Магомед Тамерланович — магистр, кафедра бурения нефтяных и газовых скважин, Уфимский государственный нефтяной технический университет, г. Уфа
Аннотация: добыча нефти и газа является приоритетным направлением в сфере освоения природных ресурсов не только в нашей стране, но и во всем мире. Так как объемы потребления углеводородного сырья и энергоресурсов в настоящее время занимают лидирующие позиции и не могут быть полностью заменены альтернативными, остается потребность в освоении новых месторождений, а значит необходимо наращивать объемы бурения скважин. Разрушение резиновой обкладки статора — эластомера является основной причиной выхода из строя ВЗД, на которую приходится большая часть отказов в работе. Этот элемент наиболее подвержен износу во время работы в агрессивной среде бурового раствора из-за химического, механического, термического воздействия. Известно, что после ста часов работы ВЗД рабочие органы изнашиваются на 45%, из которых 33% приходится на первые 60-80 ч работы ВЗД, во время которых происходит интенсивный износ эластомера статора. Анализируется влияние различных рецептур раствора для обработки эластомера винтового забойного двигателя для увеличения межремонтного ресурса. Специально подобранная рецептура раствора для обработки эластомера может повысить устойчивость к разрушению данного элемента винтового забойного двигателя.
Ключевые слова: эластомер, резиновая обкладка, статор, винтовой забойный двигатель.
INCREASE WORK RESOURSE OF THE MUD MOTOR Suleymov M.T.
Suleymov Magomed Tamerlanovich — Master, DEPARTMENT OF DRILLING OIL AND GAS WELLS, UFA STATE PETROLEUM TECHNOLOGICAL UNIVERSITY, UFA
Abstract: ой and gas production is a priority in the development of natural resources not only in our country, but throughout the world. Currently, they occupy leading positions, and alternative resources cannot be completely replaced, and it is also necessary to increase the volume of drilling. The destruction of the rubber sheath of the stator - elastomer is the main cause of failure of the PDM, which accounts for most of the failures in the work. This element is most susceptible to wear during operation in aggressive drilling fluid due to chemical, mechanical, thermal effects. It is known that after one hundred working hours of the PDM, the working bodies wear out by 45%, of which 33% comes from the first 60-80 hours of the PDM operation, during which intense wear of the stator elastomer occurs. The effect of different formulations of the treatment solution for the elastomer of a downhole motor to increase the overhaul life is considered. Specially selected recipe for treatment of the elastomer can increase the resistance to the destruction of this element of the mud motor. Keywords: elastomer, rubber lining, stator, mud motor.
УДК 622.24.054.32
Основные методы повышения ресурса винтового забойного двигателя - это подбор оптимальной геометрии рабочих органов, внедрение новых износостойких материалов и покрытий для элементов рабочей секции, изменение конструкции статора, усовершенствование технологии изготовления. В данной работе предлагается увеличить ресурс ВЗД с помощью обработки эластомера раствором специально подобранной рецептуры, который позволит обеспечить повышение его устойчивости к разрушению.
Двигательная секция предназначена для преобразования энергии движущегося потока промывочной жидкости во вращательное движение ротора. В состав рабочей пары входят ротор и статор. Статор выполнен в виде стального корпуса, к внутренней поверхности которого привулканизирована резиновая обкладка (эластомер) с внутренними винтовыми зубьями левого направления. Ротор (изготавливается из легированной стали с износоустойчивым покрытием) -ответная часть статора аналогичного профиля с числом зубьев меньшим на один, чем у статора. Величина хода винтовых линий зубьев ротора и статора пропорциональна числу их зубьев.
Зубья статора и ротора находятся в непрерывном контакте и образуют замыкающиеся по длине статора единичные камеры. Промывочная жидкость, нагнетаемая буровыми насосами, поступает через двигатель к долоту, проворачивая при этом ротор внутри статора. Обкладка статора - эластомер (специальная резина устойчивая к абразивному воздействию и работоспособная в среде бурового раствора) определенного винтового профиля. Профиль рабочей пары - это то, что задает энергетические характеристики ВЗД. Пара ротор-статор изготавливается с определенным натягом зубчатого зацепления ротор-статор. Значение натяга зависит от диаметральных и осевых размеров рабочей пары, свойств рабочей жидкости (бурового и промывочного растворов), забойной температуры, свойств эластомера статора и оказывает существенное влияние на энергетические и ресурсные характеристики двигателя.
Рис. 1. Поперечное сечение двигательной секции К-1¥а11 (слева) и классический (справа)
Регулятор угла или косой переводник предназначены для придания двигателю необходимого угла искривления. Регулятор угла состоит из двух переводников, сердечника и зубчатой муфты, которая для повышения износостойкости в месте контакта со стенкой скважины армирована твердосплавными зубками. На косом переводнике в месте контакта со стенкой скважины выполнена наплавка износостойким материалом.
Шпиндельная секция служит для восприятия гидравлических нагрузок, реакции забоя и радиальных нагрузок от долота при бурении. Включает в себя упорно-радиальный многорядный шарикоподшипник или многорядную резинометаллическую пяту и радиальные опоры скольжения.
Резина в своем строении имеет открытые поры, за счет этого у неё есть свойство набухать в различных средах, таким образом пространство этих пор можно использовать для армирования готового изделия.
Целью данной работы является разработка рецептуры раствора для обработки эластомера винтового забойного двигателя для увеличения межремонтного ресурса.
В зависимости от марки производителя и размера ВЗД, межремонтный ресурс двигателя в среднем составляет 150-300 часов эксплуатации. Большинство отказов в работе ВЗД происходит из-за разрушения эластомера, который изнашивается вследствие термического, механического, а также химического воздействия. Диаграмма сравнения причин отказов винтового забойного двигателя представлена на рисунке 1.
Рис. 2. Диаграмма сравнения причин отказов ВЗД
Было установлено, что после ста часов работы ВЗД рабочие органы изнашиваются на 45%, из которых 33% приходится на первые 60-80 ч эксплуатации. В указанный период времени идет интенсивный износ эластомера статора, который происходит из-за увеличения гидравлических и механических сопротивлений в рабочих органах, повышенного начального натяга, недостаточной прочности поверхностей рабочей пары.
Анализ изношенных и вышедших из строя поверхностей эластомеров статоров ВЗД показывает, что износ профиля выступов резинового элемента статора различается в зависимости от характера контактного взаимодействия в каждый момент цикла нагружения и зависит от величины касательных напряжений. В зоне, где значения касательных напряжений максимальны, наблюдается наибольший износ, который изменяет профиль зубьев и снижает натяг в рабочей паре ВЗД. Во время цикла контактного взаимодействия поверхностей в рабочей паре ВЗД, происходит абразивное изнашивание, представляющее наибольшую степень опасности.
Агрессивный буровой раствор, содержащий абразивные твёрдые частицы и другие примеси, разъедающие эластомер является рабочей средой для рабочей пары статор-ротор. Увеличить срок эксплуатации ВЗД можно несколькими способами: удлинение рабочего органа, которое уменьшит уровень контактных нагрузок в зацеплении, значит, снизит интенсивность износа и позволит предотвратить раннее разрушение резиновой обкладки из-за сильных деформаций и разогрева резины, но применить такие ВЗД в скважинах с большими значениями интенсивности искривления нельзя; уменьшение массы ротора, которое позволит снизить развитие центробежной силы, а также избежать получения интенсивных поперечных вибраций, которые являются причиной ускоренного износа статора, а также равномерная толщина резиновой обкладки в статоре увеличивает рабочий ресурс ВЗД. Для данных методов требуется наличие высокоточного оборудования, а их внедрение увеличит стоимость оборудования, на данный момент несопоставимое с увеличением его ресурса. Многие компании производители ВЗД работают над разработкой оптимального состава эластомера с целью обеспечения высоких параметров износостойкости, но это не единственный путь, позволяющий увеличить ресурс ВЗД: обработка эластомера раствором специально подобранной рецептуры, сможет повысить устойчивость к разрушению резиновой обкладки статора двигателя.
В лабораторных условиях были проведены испытания образцов резины на резание и трение в среде полимер-глинистого бурового раствора, предварительно выдержав в растворах хлорида натрия, калия, магния, кальция и бария в течение 5, 10, 15 и 20 дней в печи при температуре 80 °С. На каждый тип раствора соли и длительность выдержки проводилось по 3 опыта на трение и резание. Оценивался износ необработанных образцов для сравнения влияния конкретного раствора на износостойкость резины.
Для каждого из растворов характерно своё время выдержки, при котором достигается эффект наилучшего упрочнения, а именно обработку хлоридом калия - в течение 20 суток, хлоридом магния, кальция и бария - в течение 10 суток, хлоридом натрия лучше вести в течение 15 суток, хлоридом магния, кальция и бария - в течение 10 суток.
Результаты эксперимента показали, что для всех применяемых растворов солей максимальное насыщение порового пространства резины происходит на десятые сутки, далее выдержка приводит к потере массы и объема образцов. Такое явление может быть связано с длительным воздействием повышенной температуры. Для более точного установления причины требуются дополнительные исследования.
Таким образом, можно сказать, что каждый из растворов влияет на прочностные свойства резины. Среди исследуемых образцов можно выделить те, которые практически не подверглись негативному воздействию от истирания, а именно образцы, обработанные растворами СаС12 и ]^С12 с выдержкой 10, 15 и 20 суток. При обработке образцов раствором СаС12 со временем выдержки 10 суток при температуре 80 °С получили наибольшее упрочнение при износе резанием. При данной длительности выдержки, износ образцов имеет характер продавки на 0,51 мм без потери резины. Результат сравнения массы и объема образцов до обработки и после обработки растворами солей и полного высыхания, говорит о том, что после выдержки в рассоле, масса образцов в среднем увеличивается на 200-300 мг, а объем на 600-1200 мм3.
Работа в данном направлении является перспективной. В экспериментальной части моего исследования будет изучаться влияние растворов солей для обработки эластомеров винтового забойного двигателя с целью увеличения рабочего ресурса ВЗД.
Список литературы / References
1. Исмаков Р.А., Закиров Н.Н., Аль-Сухили М.Х., Торопов Е.С. Исследование работы пары «эластомер-металл» силовой секции винтового забойного двигателя // Современные проблемы науки и образования, 2015. № 2-3. С. 23
2. Симонянц С.Л. Технология бурения скважин гидравлическими забойными двигателями. М.: РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2007 - С.160.
3. Балденко Д.Ф., Балденко Ф.Д., Гноевых А.Н. Винтовые гидравлические машины. Том 2. Винтовые забойные двигатели. М.: ООО «ИРЦ Газпром», 2007. С. 470.
4. Бобров М.Г., Трапезников С.Г. Особенности использования винтовых забойных двигателей при бурении скважин // Вестник Ассоциации буровых подрядчиков, 2009.№ 1. С. 15-18.
РЕАЛИЗАЦИЯ АЛГОРИТМА КОНТРАСТНО-ОГРАНИЧЕННОЙ ЭКВАЛИЗАЦИИ ГИСТОГРАММЫ ИЗОБРАЖЕНИЯ НА ПЛИС Александровская А.А.1, Маврин Е.М.2 Email: [email protected]
'Александровская Анна Андреевна — магистрант; 2Маврин Евгений Михайлович — магистрант, кафедра информационных систем и телекоммуникаций, факультет информатики и систем управления, Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана, г. Москва
Аннотация: в данной статье описана реализация алгоритма контрастно—ограниченной эквализации гистограммы (Contrast Limited Adaptive Histogram Equalization, CLAHE) на ПЛИС. Этот алгоритм позволяет увеличить контрастность и детализацию изображения. Алгоритм CLAHE используется в различных областях: при обработке рентгеновских и подводных изображений, а также для улучшения фотографий с чрезмерной или недостаточной экспозицией. Реализация алгоритма CLAHE на ПЛИС позволяет производить обработку изображений в режиме реального времени.
Ключевые слова: ЦОИ, гистограмма изображения, эквализация гистограммы изображения, CLAHE.
IMPLEMENTATION OF THE CONTRAST LIMITED ADAPTIVE HISTOGRAM EQUALIZATION ON FPGA Aleksandrovskaya A.A.1, Mavrin E.M.2
'Aleksandrovskaya Anna Andreevna — Master Student; 2Mavrin Eugene Mihaylovich — Master Student, INFORMATION SYSTEMS AND TELECOMMUNICATIONS DEPARTMENT, INFORMATICS AND CONTROL SYSTEMS FACULTY, BAUMAN MOSCOW STATE TECHNICAL UNIVERSITY, MOSCOW
Abstract: this article describes the implementation of the contrast-limited histogram equalization (CLAHE) algorithm on FPGAs. This algorithm allows you to improve the level of detail and enhance global contrast on an image. The contrast-limited histogram equalization algorithm is used in many fields: in X-ray and underwater image processing, to improve images with excessive or insufficient exposure in photography. The implementation of the CLAHE algorithm on FPGAs is suitable for real time image processing.
Keywords: digital image processing, histogram of the image, histogram equalization, CLAHE.
УДК 004.932.4
Эквализация гистограммы - это один из наиболее распространенных способов повышения контрастности изображения. Цель эквализации состоит в том, чтобы все уровни яркости имели бы одинаковую частоту, а гистограмма соответствовала равномерному закону распределения. Этот метод полезен для изображений с фоном и передним планом, которые являются яркими или темными. В частности, этот метод может привести к лучшему обзору структуры кости на
