«Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море»

Оценка применимости альтернативной конструкции подвижного соединения шарошки бурового долота

УДК: 622.24.051
DOI: 10.33285/0130-3872-2023-9(369)-41-45

Авторы:

¹ Кубанский государственный технологический университет, Краснодар, Россия

Ключевые слова: термоупругие фазовые превращения, эффект памяти формы, псевдоупругость/сверхэластичность, шарошечные долота, буровое оборудование, сварные соединения

Аннотация:

Конструкции породоразрушающего инструмента совершенствуются и усложняются для повышения ресурса надежности и срока службы. Наиболее применимые шарошечные долота представляют собой сложную конструкцию, соединения элементов которой постоянно подвергаются различным видам нагружения. Одна из главных проблем обеспечения надежности данной конструкции связана с использованием сварного шва для фиксации замкового пальца, который является одним из главных соединительных элементов в шарошечных долотах, обеспечивая возможность подвижного соединения шарошки на цапфе лапы долота. Помимо общих конструкционных недостатков сварное соединение крайне плохо воспринимает динамические нагрузки и вибрации, которые непосредственно связаны с процессом бурения породы. Решение предлагаемой проблемы предполагается в использовании в качестве материала замкового пальца сплава с термоупругими фазовыми превращениями с изменением способа монтажа, который позволяет заменить фиксацию сварным швом на фиксацию геометрией. Это достигается путем применения свойственного данному классу интеллектуальных материалов эффекта памяти формы. Для подтверждения эффективности предлагаемой конструкции был проведен сравнительный прочностной анализ, доказавший преимущества и пригодность к использованию разработанного замкового пальца и метода монтажа.

Список литературы:

1. Басарыгин Ю.М., Булатов А.И., Проселков Ю.М. Бурение нефтяных и газовых скважин. – М.: Недра-Бизнесцентр, 2002. – 632 с.
2. Волик Д.А. Буровые породоразрушающие инструменты. – М.: РГУ нефти и газа (НИУ) им. И.М. Губкина, 2014. – 94 с.
3. Палий П.А., Корнеев К.Е. Буровые долота: справ. – М.: Недра, 1971. – 446 с.
4. James R.D., Hane K.F. Martensitic transformations and shape-memory materials // Acta Materialia. – 2000. – Vol. 48, Issue 1. – P. 197–222. – DOI: 10.1016/S1359-6454(99)00295-5
5. Culshaw B. Smart structures and materials. – Norwood, Massachusetts: Artech House, 1996. – 207 p.
6. Пат. на полез. модель 201586 Рос. Федерация, МПК E21B 10/20, E21B 10/22. Буровое шарошечное долото / Д.А. Рубан, Т.А. Черкесов, Э.Ю. Балаев; патентообладатель ФГБОУ ВО "КубГТУ". – № 2020114063; заявл. 03.04.2020; опубл. 22.12.2020, Бюл. № 36.
7. Use of materials with shape memory effect to improve the performance properties of parts of drill string / D.A. Ruban, T.A. Cherkesov, E.Y. Balaev, D.V. Gerasimov // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. – 2019. – Vol. 775. Int. Conf. on Civil, Architectural and Environmental Sciences and Technologies (CAEST 2019), Samara, Nov. 19, 2019. – Samara: Institute of Physics Publishing, 2020. – P. 012122. – DOI: 10.1088/1757-899X/775/1/012122
8. Engineering aspects of shape memory alloys / T.W. Duerig, K.N. Melton, D. Stockel, C.M. Waymanb. – London: Butterworth-Heinemann, 1990. – 499 p.
9. Duerig T.W., Pelton A.R., Bhattacharya K. The Measurement and Interpretation of Transformation Temperatures in Nitinol // Shape Memory and Superelasticity. – 2017. – Vol. 3, Issue 4. – P. 485–498. – DOI: 10.1007/s40830-017-0133-0
10. Логачева А.И. Комплексная технология изготовления тонкостенных элементов методом порошковой металлургии для производства деталей из конструкционных и функциональных сплавов на основе титана и никеля для изделий ракетно-космической техники: автореф. дис. … д-ра техн. наук: 05.16.06. – Королев, 2016. – 60 с.
11. Цельнокорпусная дисковая запорно-регулирующая арматура с седлом, выполненным из сплава с эффектом памяти формы / М.А. Самарин, А.В. Дьяченко, Э.Ю. Балаев, Н.А. Шостак // Цветные металлы. – 2022. – № 6. – С. 71–80. – DOI: 10.17580/tsm.2022.06.09
12. Lonn M.K., Metcalf J.M., Choules B.D. In Vivo and In Vitro Nitinol Corrosion Properties // Shape Memory and Superelasticity. – 2015. – Vol. 1, Issue 3. – P. 328–338. – DOI: 10.1007/s40830-015-0036-x
13. Lina Yan, Yong Liu. Wear Behavior of Austenitic NiTi Shape Memory Alloy // Shape Memory and Superelasticity. – 2015. – Vol. 1, Issue 1. – P. 58–68. – DOI: 10.1007/s40830-015-0008-1
14. Lina Yan, Yong Liu. Effect of Deformation Mode on the Wear Behavior of NiTi Shape Memory // Shape Memory and Superelasticity. – 2016. – Vol. 2, Issue 2. – P. 204–217. – DOI: 10.1007/s40830-016-0070-3
15. Mahtabi M.J., Shamsaei N. Fatigue Modeling for Superelastic NiTi Considering Cyclic Deformation and Load Ratio Effects // Shape Memory and Superelasticity. – 2017. – Vol. 3, Issue 3. – P. 250–263. – DOI: 10.1007/s40830-017-0115-2
16. Fatigue Crack Growth Fundamentals in Shape Memory Alloys / Yan Wu, A. Ojha, L. Patriarca, H. Sehitoglu // Shape Memory and Superelasticity. – 2015. – Vol. 1, Issue 1. – P. 18–40. – DOI: 10.1007/s40830-015-0005-4