Российский цифровой метод может укрепить нефтедобывающие установки

МОСКВА, 29 ноя. Специалисты Волгоградского государственного технического университета (ВолгГТУ) разработали методику цифровых двойников, которая поможет повысить прочность стальных канатов для нефтедобывающих установок. Результаты их исследования опубликованы в журнале The International Journal of Advanced Manufacturing Technology.

Как поясняют ученые, на большинстве нефтяных скважин мира используются штанговые насосы. На них в качестве привода установлены станки-качалки, соединенные с насосом, погруженным в скважину, стальной штангой. В последние годы штангу стали заменять специальным стальным канатом, что позволяет размещать насос в наклоненной скважине малого диаметра.

Вместе с тем возникла проблема с эксплуатационной надежностью таких канатных штанг — из-за недостаточной прочности они приходят в негодность, а это тормозит процесс нефтедобычи. Поэтому оптимизация их конструкции — одна из практических задач, отметили в ВолгГТУ.

Традиционно стальные тросы и канаты проектируют согласно научно-технической документации и экспериментально определяют, какое усилие они способны выдержать. Но алгоритмы расчета прочности не могут учесть всех конструктивных особенностей, например размера и формы проволок в слоях или величину зазоров между проволоками.

Поэтому специалисты из ВолгГТУ разработали метод расчета необходимых параметров для сборки каната с помощью его цифрового двойника — создавая детальную компьютерную 3D-модель каната и подбирая оптимальное соотношение параметров.

«В результате исследования сделан вывод о достоверности компьютерного моделирования поведения при различных схемах нагрузки на сложную многоэлементную систему, которой является закрытый многослойный стальной канат», — рассказал заведующий кафедрой «Материаловедение и композиционные материалы» ВолгГТУ Леонид Гуревич.

По его словам, исследователям удалось выявить влияние минимальных изменений размеров элементов конструкции на распределение напряжений и деформаций по изделию.

Цифровой двойник дает возможность проверить несколько альтернативных вариантов соотношения параметров, выявить достоинства и недостатки каждого и выбрать оптимальный, а в итоге — сэкономить не только деньги, но и время при постановке на производство новых видов конструкции, пояснил эксперт.

«Сейчас мы разрабатываем оптимальный канат, будем уточнять наиболее соответствующие диаметры проволок, зазоры между ними и сопоставлять результаты внесения различных изменений. По нашим расчетам, метод позволит повысить нагрузочную способность канатной штанги нефтедобывающих установок на 20 процентов», — продолжил Гуревич.

Он обратил внимание на то, что расчет свойств проволочных изделий методом компьютерного моделирования уже опробовали при конструировании проводов воздушных линий электропередач и грозозащитных тросов. Прочность разработанных образцов оказалась выше, чем у тех, что уже используются в промышленности.

Дальнейшей задачей научного коллектива Гуревич назвал объединение возможностей с ведущими производителями канатной продукции для выпуска высококачественных стальных компонентов нефтедобывающих установок.

Исследование проводилось в рамках стратегического проекта ВолгГТУ по программе «Приоритет-2030». Всего у вуза четыре подобных проекта, в том числе «Центр цифровых научно-образовательных проектов и разработок» и «Технологии для промышленного инновационного кластера».

Источник: РИА Новости.