CC BY
96
Управление и информатика: Тез. док. Всерос. науч.-практ. конф. М.: ООО «ИСПО-Сервис», 1999. С. 33-35.
14. Беседин А.Л. Теория управления современной организацией в турбулентной социально-экономической среде: выживание, реформирование и развитие. Тула: Изд-во ТулГУ, 2004. 352 с.
A.L. Besedin, J.V. Zamotaeva
MANAGEMENT OF KNOWLEDGE AS THE TOOL OF THE COMMERCIALIZATION THE NON-MATERIAL CAPITAL AND CARDINAL INCREASE OF MPETITIVENESS OF THE ORGANISATION
Questions of use of an intrafirm control system by knowledge for creation of difficultly copied competitive advantage on the basis of communication formation between competences the personnel, acting in the form of the base of the human capital, the financial capital and competitiveness of the organisation as a whole are considered.
Key words: a control system, knowledge, the personnel, the financial capital, competitiveness.
Получено 19.06.12
УДК 620.162.4
С.Н. Голышев, асс., (8112)-79-77-26, golyshevsergey@rambler.ru (Россия, Псков, ПсковГУ),
М.А. Донченко, канд. техн. наук, доц., (8112)-79-77-26, delta-t. dma@mail.ru (Россия, Псков, ПсковГУ), А.В. Робин, ген. директор, (8112)-79-18-15, geo@pskovkabel.ru (Россия, Псков, ООО «Псковгеокабель»)
РАСЧЕТ, МОДЕЛИРОВАНИЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГРУЗОНЕСУЩЕЙ (КАПИЛЛЯРНОЙ) ТРУБЫ ДЛЯ ПОДАЧИ ИНГИБИТОРОВ В СКВАЖИНУ
Рассматриваются методики проведения предварительных проектировочных расчетов и испытаний трубы капиллярной ТГ 5/15-25 для подачи ингибиторов в скважину с целью предотвращения отложения солей на скважинном оборудовании. Основное внимание уделено вопросу влияния геометрических параметров армирующего слоя на прочностные свойства трубы.
Ключевые слова: скважинное оборудование, ингибитор, труба полимерно-армированная, труба капиллярная, прочность.
Одним из существующих методов борьбы с отложениями солей на скважинном оборудовании является подача ингибиторов солеотложения в скважину. Применяется целый ряд способов подачи ингибиторов в сква-
167
жину: дозирование с помощью устьевого дозатора в затруб дозатором типа УДЭ (установка дозировочная электронасосная), периодическая закачка в затруб с помощью агрегатов, применение погружных скважинных контейнеров с реагентом и дозирование с помощью устьевых дозаторов в заданную точку по капилляру. Все вышеперечисленные способы имеют ряд приемуществ и недостатков.
Наиболее эффективным и экономичным методом является способ подачи ингибиторов по капиллярному трубопроводу (трубе грузонесущей ТГ 5/15-25) в затруб или на приём насоса. Способ подачи ингибитора по капилляру подробно изложен в трудах В.В. Шайдакова [1]. В состав капиллярной системы входят наземная дозировочная установка и устройство ввода, капиллярный трубопровод малого диаметра требуемой длины. При использовании капиллярных систем ингибитор подаётся дозировано в нужный интервал скважины (в колонну насосно-компрессорной трубы), непосредственно на прием электрического центробежного насоса, в интервал перфорации, что снижает вероятность коррозионного поражения оборудования и повышает эффективность работы самого ингибитора.
Капиллярные трубопроводы для подачи химических регентов имеют следующие исполнения: металлический, бронированный, полимерный, одножильный и другие варианты. Полимерно-армированные трубы имеют ряд основных преимуществ перед известными аналогами: меньший удельный вес, высокая стойкость к агрессивным средам, абсолютная стойкость к электрохимической коррозии, высокая стойкость к гидроабразивному износу, отсутствие зарастания внутреннего сечения, как следствие снижение гидравлических потерь, меньшие затраты при монтаже и ремонте, низкая теплопроводность, что позволяет уменьшить либо исключить слой теплоизоляции. Помимо этого, технология изготовления изделия позволяет получить трубопровод без стыков, длиной, ограниченной возможностью транспортировки.
Армирование полимерных труб в первую очередь проводится для увеличение их прочностных свойств, что способствует повышению рабочего давления в трубопроводе. Необходимость повышения прочностных свойств вызвана условиями эксплуатации трубопроводов: высокие значения внутреннего давления технологической среды, подаваемой по трубопроводу; высокие значения наружного давления среды, что может привести к «схлопыванию трубы»; высокие температуры, что приводит к повышенной пластичности полимера, из которого выполнена труба и т.п.
Физико-механические свойства труб определяются свойствами материалов армирующего каркаса и оболочки (наполнителя). Высокопрочными материалами армирующих элементов выступают стальная проволока или лента, стекловолокно или синтетические нити
В настоящее время компания «Псковгеокабель» планирует к выпуску трубу капиллярную ТГ5/15-25, применяемую в качестве скважинно-
го трубопровода для подачи химических реагентов на заданную глубину. Труба представляет собой сложную конструкцию, изготовленную из полимера и армированную двумя слоями повива стальной высокопрочной проволоки (рис. 1).
Внутренний размер определяется необходимостью прокачки необходимого количества технологической жидкости (различных ингибиторов) через внутреннюю полость трубки. Диаметр капилляра для представленной трубы составляет 5 мм.
Рис. 1. Конструкция грузонесущей трубы марки ТГ 5/15-25
(капилляры ая) :
1 - внутренняя полимерная труба (является непосредственно гидроканалом); 2 - первый повив брони; 3 - второй повив брони;
4 - наружная оболочка из полимерного материала
Внешний диаметр трубы определяется необходимостью совместного безаварийного спуска колонны НКТ, нефтепогружного кабеля и трубки ТГ 5/15-25 в обсадную колонну скважины. Внешний диаметр трубы ТГ5/15-25 составляет 15 мм. Возможно изготовление капиллярных труб аналогичных конструкций с внутренними диаметрами от 3 до 7 мм, а внешнего диаметра до 19 мм.
Рабочее давление в трубе не менее 20 МПа, при условии, что температура рабочей среды может достигать 90°С. Разрушающее гидростатическое давление должно составить 30 МПа.
На этапе проектирования трубы ТГ 5/15-25 проводились предварительные прочностные расчёты, для определения основных конструктивных параметров, компьютерное моделирование условий нагружения трубы, для предварительной оценки прочностных характеристик трубопровода, а также механические испытания макетов. Ниже предложены результаты этапов проектирования.
Очевидно, что основную часть нагрузки от внутреннего давления воспринимают витки армирующего слоя, поэтому важными параметрами при производстве трубы являются шаг и угол повива, а также диаметр проволоки. Регулирование указанных параметров обеспечивает заданную анизотропию физико-механических свойств материала, как по направлению,
так и по величине. Исходя из конструкции трубы, армирующие элементы (иовивы брони) расположены по винтовой линии (с определенным углом и шагом) в два противоположно направленных слоя для одновременного повышения прочности в осевом и радиальном направлениях.
На рис. 2 приведена упрощенная расчетная схема трубы, одним слоем армирующей проволоки под углом <р к оси трубы.
Рис. 2. Расчетная схема армирующих элементов
Исходя из схемы осевая нагрузка на проволоку определяется по формуле [2]
Г = (1)
где Т - осевая нагрузка на проволоку, Н; В - наружный диаметр внутренней оболочки (диаметр армирования), мм; Ь= шаг укладки проволоки, мм; / - шаг проволоки между соседними витками, мм; N - количество проволок; р - внутреннее давление в трубе, МПа; ср - угол укладки проволоки.
Из формулы видно, что осевая нагрузка на проволоку зависит от угла повива последней. На рис. 3 представлена качественная зависимость осевой нагрузки на проволоку от угла навивки проволоки.
Найдем осевую нагрузку в проволоке 1-го повива для трубы марки ТГ5/15-25. Максимальный шаг скрутки Ь = 55 + 5 = 60 мм (согласно конструкции трубы, исходя из технологии её производства). Шаг скрутки (согласно рис. 2) находится по формуле
В
0,5
(2)
Из формулы (2) найдем
Ф = Тап
I ■ 0,5
1ап
60 • 0,5
16,87
Тогда осевая нагрузка в соответствии с формулой (1) будет равна
9•60•25 Т =-= 1661,4 Н.
2 • 14 ^т 16,87 170
Площадь поперечного сечения проволоки
Гир = п • Я2 = п • 0,3752 = 0,442 мм2 (3)
Напряжения, возникающие в проволоке, с учетом (3) будут равны
а = — = ^^ = 3758,8 МПа (4)
Г 0,442
Допускаемые напряжения для проволоки стальной нагартованной составляет 60 % от предела прочности (ав=1860 МПа) [а] = 0,6-1860 = И16 МПа.
Из решения (4) следует, что условие прочности (а < [а]) не соблюдается. Это указывает на необходимость снижения нагрузки в проволоке путем увеличения шага скрутки, при этом увеличивается угол повива. Из графика (см. рис. 3) следует, что можно получить необходимые значения по осевой и радиальной составляющих нагрузки, изменяя угол повива проволоки.
Ф, град.
Рис. 3. График зависимости осевой нагрузки в проволоке
от угла её повива
Другим вариантом повышения надежности трубы является введение второго армирующего слоя, повитого в другом направлении. Два слоя проволоки, уложенные во взаимно противоположных направлениях, обеспечивают равнопрочность системы армирования к действию внутреннего давления в осевом и радиальном направлении.
Для проверки заявленных характеристик трубы проводились исследования, заключающиеся в создании твердотельной модели и изучении её поведения при различных внешних воздействиях. Для исследования использовался программный комплекс SolidWorks 2011 и инструмент Solid-Work Simulation. Данный инструмент использует метод конечных элементов для проведения прочностного статического анализа деталей и сборок.
171
Исследовалось влияние следующих внешних воздействий на картину нагруженно-деформированного состояния:
- внутреннее статическое и динамическое давление;
- внешнее статическое и динамическое давление;
- продольное разрывное усилие;
- внешняя и внутренняя температура.
На рис. 4 представлен внешний вид твердотельной модели трубы капиллярной ТГ5/15-25, состоящей из следующих элементов: трубка внутренняя из полиэтилена низкого давления, первый повив армирующего слоя из стальной проволоки, второй повив армирующего слоя из стальной проволоки, оболочка внешняя из полиэтилена низкого давления (на рисунке прозрачна).
Рис. 4. Вид твердотельной имитационной модели
Результаты моделирования процессов нагружения трубы позволяют сделать следующие выводы:
1. Наибольшие нагрузки возникают при воздействии разрывного усилия значением 30кН и внутреннего давления 20МПа (напряжения в материале проволоки достигают 655 МРа).
2. Основную нагрузку при воздействии внутреннего давления и разрывного усилия воспринимают повивы брони.
3. Наименьший запас прочности наблюдается при воздействии разрывного усилия, а высокий запас прочности - при воздействии внутреннего давления и внешнего давления.
Таким образом труба ТГ5/15-25 устойчива к воздействию как внешнего, так и внутреннего давления.
При проведении механических испытаний (при температуре 23 С°) на образцах трубы капиллярной ТГ5/15-25 были выявлены некоторые закономерности, придающие особенные требования к условиям эксплуатации. Испытание на стойкость к внутреннему давлению проводились согласно требованиям ГОСТ 24157. Образец длиной 3 м подвергался воздействию внутреннего давления, равном 25 МПа, что на 25 % превыша-
172
ет предполагаемое рабочее давление, равное 20 МПа. При постепенном росте давления, наблюдалось увеличение внешнего диаметра трубы. При достижении давления 25...26 МПа дальнейшее его увеличение было прекращено, и образец выдерживался в течение 60 мин. При этом давление упало до 22...23 МПа, а внешний диаметр увеличился максимально на 30,1 %. После стравливания давления наблюдалась максимальная остаточная деформация трубы в поперечном сечении (по диаметру), составившая 17 %.
Разрушающее давление для образцов трубы составило 28...30 МПа. На рис. 5 показано место разрушения трубы. Характер разрушения указывает на механизм образования места прорыва.
Рис. 5. Место разрушения трубы
В месте образования трещины наблюдается выраженное увеличение диаметра, изменение положений проволоки и, соответственно, изменение угла её повива ф (см. рис.2). Место прорыва представляет собой трещину в полимерной оболочке трубы (см. рис. 5), расположенную между проволоками повива армирующего каркаса.
Расстояние между проволоками, находящимися по сторонам трещины, увеличено, по сравнению со всей конструкцией. Таким образом, при повышении давления, происходит увеличение диаметра и, как следствие, увеличивается угол наклона повива ф (см. рис.2). Изменение геометрии приводит к изменению соотношений радиальной и осевой составляющих нагрузки в проволоке и напряжений в полимерной оболочке. При наличие дефектов (неоднородность материала, размеров, отсутствии адгезии на поверхности раздела полимерная оболочка-проволока) изменение геометрии происходит неравномерно, что приводит к образованию трещины в полимерной оболочке. Такие изменения вызывают снижение максимального разрушающего давления.
Соответственно, при максимально возможном сохранении геометрии можно получить более высокие значения разрушающего давления и меньшую деформацию в поперечном сечении по диаметру.
Для подтверждения этого предположения, было проведено испытание на определение разрушающего давления при предварительном нагру-жении растягивающим усилием, что наиболее приближено к условиям эксплуатации. Предварительное натяжение составило 3 кН. После достижении давления в трубе до 26 МПа и выдержки, внешний диаметр увеличился в среднем на 1,56 %. Разрушающее давление составило порядка 30.32 МПа.
Компания «Псовгеокабель» производит ряд грузонесущих полимерных армированных труб высокого давления предназначены для откачки, закачки, транспортировки жидких, газообразных и смешанных сред в нефтяных, водяных и газовых скважинах, трубопроводах, а также для спуска, подъема и обеспечения работоспособности электрических, гидравлических двигателей, скважинного инструмента и аппаратуры.
Некоторые операции предъявляют жесткие требования к удлинению трубы под нагрузкой. Применение стальной упрочненной проволоки в качестве армирующих элементов, расположенных по винтовой линии, позволяет получить низкие значения коэффициента линейного удлинения. Для трубы капиллярной ТГ5/15-25 коэффициент линейного удлинения составил 8,91 мм на длине 1 м при нагружении массой 1 т или, без присутствия внутреннего давления, которое уменьшает значение данного коэффициента.
Анализ результатов проведенных исследований позволяет сделать следующие выводы. Для более эффективного использования прочностных ресурсов трубы при эксплуатации необходимо создать осевое натяжение (обеспечивается собственным весом трубы), позволяющее сохранить в допустимых пределах конструктивные параметры трубы и повысить разрушающее давление. Очевидно, что при превышении некоторых значений натяжения, возникающие в материале трубы напряжения, в присутствии давления, приведут к разрушению. При слишком малых значения (это характерно для концевого участка трубы, расположенного внизу скважины) разрушение произойдёт при меньших значениях давлений.
Для повышения стойкости к внутреннему и внешнему давлениям необходимо вводить в конструкцию трубы дополнительный армирующий слой, с геометрическими параметрами, рассчитанными для восприятия радиальной и тангенциальной нагрузок.
Список литературы
1. Шайдаков В.В. Капиллярные системы для предотвращения соле-отложений в нефтедобыче // Инженерная практика. 2009. №12. С. 98-101.
2. Гориловский М., Гвоздев И., Швабауэр В. К вопросу прочностного расчета армированных полиэтиленовых труб // Полимерные трубы. 2002. №2. С. 22-25.
3. Пепеляев В.С., Тараканов А.И. Выбор методики испытаний промысловых трубопроводов из полиэтиленовых армированных синтетическими нитями труб // ООО «Технология композитов». URL: http://www.tk.perm.ru/upload/iblock/d0d/metodika-ispytanii.pdf.
S.N. Golyshev, M.A. Donchenko, A. V. Robin
CALCULATION, SIMULATION AND EXPERIMENTAL STUDY OF LOAD-CARRYING (CAPILLARY) PIPE FOR FEEDING INHIBITORS INTO THE WELL
The procedure for preliminary design calculations and method of testing (capillary) pipe TG 5/15-25 for feeding inhibitors into the well with the purpose of preventing downhole equipment from salt deposition are considered. Particular attention is paid to the influence of geometrical parameters of reinforcing layer upon the strength properties of the pipe.
Key words: downhole equipment, inhibitors, polymer-reinforced pipe, capillary pipe,
strength.
Получено 19.06.12
УДК 531.383
Д.П. Лукьянов, д-р техн. наук, проф., +7(921)759-03-17, dplukyanov@mail.ru (Россия, Санкт-Петербург, СПбГЭТУ «ЛЭТИ»), Ю.В. Филатов, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, +7(921)746-87-02, YVFilatov@mail.eltech.ru (Россия, Санкт-Петербург, СПбГЭТУ «ЛЭТИ»), С.Ю. Шевченко, канд. техн. наук, доц., +7(911)916-33-90, syshevchenko@mail.ru (Россия, Санкт-Петербург, СПбГЭТУ «ЛЭТИ»), А.С. Кукаев, студент, +7(951)645-76-19, AS Kukaev@ gmail. com (Россия, Санкт-Петербург, СПбГЭТУ «ЛЭТИ»),
Д.В. Сафронов, студент, +7(911)989-30-47, DaniilSafronov@gmail.com (Россия, Санкт-Петербург, СПбГЭТУ «ЛЭТИ»)
МИКРОГИРОСКОПЫ ДЛЯ ВЫСОКОДИНАМИЧНЫХ ОБЪЕКТОВ
Приводится сопоставительный обзор существующих концепций построения твердотельных микрогироскопов (ТМГ) на поверхностных акустических волнах (ПАВ). Дается краткое введение в теорию распространения ПАВ в инерциальных системах координат. Сравниваются технические характеристики современных ТМГ на ПАВ, выделяются актуальные проблемы и направления развития.
Ключевые слова: поверхностные акустические волны; твердотельный микрогироскоп; высокодинамичные объекты.
Введение. Современные микромеханические гироскопы (ММГ) не только укрепили свои позиции в системах управления движением объектов
