Скінченно-елементний аналіз з'єднань гібридної насосної штанги

Анотація

Насосні штанги є складовою одиницею свердловинного обладнання штангових свердловинних насосних установок і служать для передачі зворотно-поступального руху від верстата-качалки до плунжера заглибного насоса. Експлуатація насосних штанг проходить в складних умовах знакознінних навантажень розтягу/стиску, згину, тертя об внутрішню поверхню колони насосно-компресорних труб, впливу корозійно-активного середовища, відкладень асфальто-смоло-парафінових відкладень. З метою підвищення ресурсу колони насосних штанг пропонується замість сталевих використовувати штанги з полімерно-композиційних матеріалів (склопластиковий , вуглепластиковий, гібридний стрижень з двома сталевими головками). Застосування гібридних насосних штанг дає чимало економічних й експлуатаційних переваг в порівнянні зі сталевими та склопластиковими штангами Із збільшенням глибини спуску колони насосних штанг зростає навантаження на штангу, а, отже, і на з’єднання сталевої головки із полімерно-композиційним стрижнем. Вплив пружних характеристик матеріалу гібридного стрижня (параметра ортотропії, параметра зсувної податливості, величини зчеплення) та особливостей контактної взаємодії його зі сталевою головкою на величину та розподіл тиску і, як наслідок цього, на міцність та працездатність розглянутого конструктивного з'єднання має практичний інтерес при проектуванні з’єднання. Ставиться задача підвищення міцності з’єднання гібридної насосної штанги та його надійності. В роботі запропоновано використання скінченно-елементного аналізу в програмному середовищі SolidWorks методом кінцевих елементів при проектуванні оптимальної конструкції з’єднання сталевої головки з композиційним тілом гібридної насосної штанги. На основі проведеного аналізу пропонується конструкція з’єднання з циліндричною частиною сталевої головки змінної товщини, з прорізами у цій циліндричній частині у вигляді пелюсток та виконання галтелі на виході з контакту головки та стрижня штанги.