Исследование и разработка методов повышения прочности резьбовых соединений буровых труб при эксплуатации в морской воде
В рамках реализации опытно-конструкторской разработки (ОКР) было проведено исследование и разработка инновационных методов укрепления резьбовых соединений буровых труб, эксплуатируемых в условиях воздействия морской воды. Основной целью данной работы являлось определение оптимальных способов модификации титановых сплавов с использованием лазерного излучения и технологии низкотемпературного оксидирования, а также оценка их влияния на эксплуатационные характеристики соединений.
Актуальность укрепления резьбовых соединений морских буровых труб
Резьбовые соединения буровых труб, функционирующие в морской воде, подвергаются воздействию агрессивной среды, которая способствует вымыванию смазочных материалов с поверхностей трения. Это приводит к снижению эффективности работы механизмов и повышению риска возникновения аварийных ситуаций. Титановые сплавы, из которых изготавливаются буровые трубы, обладают низкой способностью к снижению трения и подвержены явлениям заедания, что может привести к механическим повреждениям и отказам оборудования.
Основные этапы ОКР
В процессе выполнения ОКР были реализованы следующие ключевые этапы:
-
Разработка и изготовление модельных образцов, а также специализированного оборудования для проведения испытаний.
-
Определение оптимальных параметров лазерного упрочнения резьбовых поверхностей и торцов труб.
-
Проведение лазерного упрочнения модельных образцов и оценка качества полученных результатов.
-
Разработка методики проведения испытаний и оценка прочностных характеристик и износостойкости упрочненных соединений.
Материалы и технологии, использованные в исследовании
Для проведения экспериментов использовались модельные образцы, изготовленные из титанового сплава марки ПТ-7М с резьбовым соединением 68х4. В качестве метода упрочнения применялось лазерное излучение с использованием установки ЛС-5 мощностью до 5 кВт, а также технология низкотемпературного оксидирования.
Методика проведения испытаний
Испытания проводились на специализированном стенде, обеспечивающем возможность создания крутящего момента в диапазоне от 100 до 1000 Нм и момента отвинчивания в диапазоне от 10 до 1000 Нм. Стенд был наполнен 5 литрами морской воды и имел массу 190 кг.
В ходе экспериментов исследовалось влияние различных параметров лазерного излучения на глубину оксидированного слоя титановых образцов. Было установлено, что глубина оксидирования зависит от мощности лазера, длительности воздействия и температуры. На основании полученных данных были разработаны рекомендации по выбору оптимальных режимов лазерного упрочнения.
Результаты испытаний
Результаты проведенных испытаний показали высокую эффективность упрочненных соединений. Количество циклов сборки-разборки значительно превысило требуемые значения. Модельные образцы продемонстрировали способность выдерживать нагрузки, превышающие заданные в 2,5 раза.
Сравнительный анализ показал, что лазерное упрочнение обеспечивает более высокие значения момента отвинчивания по сравнению с низкотемпературным оксидированием. Учитывая технические и экономические преимущества лазерного метода, рекомендуется его применение для повышения надежности и долговечности бурового оборудования.
Заключение
В рамках ОКР были разработаны и апробированы технологии лазерного упрочнения резьбовых соединений буровых труб из титановых сплавов. Полученные результаты свидетельствуют о высокой эффективности данных методов и позволяют рекомендовать их внедрение для обеспечения надежности и долговечности бурового оборудования при эксплуатации в условиях морской воды.
