Способ стендовых испытаний натуральных образцов штанг и моделей штанг на усталостную прочность

Изобретение относится к испытательной технике. Сущность: испытывают штангу, у которой один конец закреплен на стенде, а к другому через стыковочное устройство подается нагрузка. На штанге устанавливают один или несколько датчиков приема спектра шумов. Через стыковочное устройство на конец штанги подают одновременно постоянную и/или переменную нагрузки, направление которых совпадает с осью штанги, по замеренным шумам, исходящим от испытуемой штанги, проводят их диагностику для выявления появления и развития усталостных трещин. Технический результат: повышение точности испытаний. 14 з.п. ф-лы. 1 ил.

 

Изобретение относится к нефтедобывающей технике, а именно к способам стендовых испытаний натуральных образцов штанг или моделей штанг на усталостную прочность для штанговых глубинных насосов.

Известен способ стендовых испытаний натуральных образцов штанг или моделей штанг на усталостную прочность, позволяющий испытывать штангу, которая движется поступательно в центре полости между тремя искателями /Приборы для неразрушающего контроля материалов и изделий. Справочник. Под ред. Клюева В.В. - Т.2. - М., Машиностроение, 1976. - С.227-231./.

Недостатком известного способа является то, что он не позволяет исследовать штанги, работающие под нагрузкой.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому объекту является способ стендовых испытаний натуральных образцов штанг или моделей штанг на усталостную прочность, позволяющий испытывать штангу, у которой один конец закреплен на стенде, а к другому через стыковочное устройство подается нагрузка, в котором на штанге устанавливают тензорезисторы, через стыковочное устройство конец штанги нагружают крутящим моментом и измеряют возникающие при скручивании деформации /Измерения в промышленности. Справочник. Под ред. Профоса П. - т.2. Способы измерения и аппаратура. - М.: Металлургия, 1990. - С.124-129/.

Недостатком известного способа является слабое подобие реальным нагрузкам, возникающим при работе штанг в составе штанговых глубинных насосов.

Предлагаемое изобретение направлено на обеспечение стендовых испытаний штанг в условиях, наиболее приближенным к тем, которые возникают при работе штанг с составе штанговых глубинных насосов.

Это достигается тем, что в способе стендовых испытаний натуральных образцов штанг или моделей штанг на усталостную прочность, позволяющем испытывать штангу, у которой один конец закреплен на стенде, а к другому через стыковочное устройство подается нагрузка, при этом на штанге устанавливают один или несколько датчиков приема спектральных шумов, через стыковочное устройство на конец штанги подают одновременно постоянную и/или переменную нагрузки, направление которых совпадает с осью штанги, по замеренным шумам, исходящих от испытуемой штанги, проводят их диагностику для выявления появления и развития усталостных трещин, причем на испытуемую штангу могут быть надеты одна или две муфты. Кроме того, в некоторых случаях величина постоянной нагрузки может быть выбрана равной весу колонны штанг и оборудования для моделируемой штанги колонны. Кроме того, в некоторых случаях направление, амплитуду, период и частоту переменной нагрузки могут быть выбраны равными переменной нагрузке, действующей на моделируемую штангу колонны. Кроме того, в некоторых случаях на моделируемую штангу может действовать постоянная и/или переменная боковая нагрузка, направленная под углом от 0° до 90° к оси штанги. Кроме того, в некоторых случаях боковая нагрузка может быть приложена в наиболее напряженное место штанги. Кроме того, в некоторых случаях по через стыковочное устройство на штангу может быть подан крутящий момент. Кроме того, в некоторых случаях нагрузки на испытуемую штангу могут быть выбраны равными нагрузкам на верхнюю штангу. Кроме того, в некоторых случаях постоянная нагрузка на штангу может быть выбрана в диапазоне от нуля до нагрузки разрыва. Кроме того, в некоторых случаях нагрузки на штангу могут быть выбраны из условия обеспечения ускоренных эквивалентных испытаний. Кроме того, в некоторых случаях на испытуемую штангу может быть надета, например на муфту, часть насосно-компрессорной трубы, при этом оси штанги и насосно-компрессорной трубы не обязательно совпадают. Кроме того, в некоторых случаях часть надетой насосно-компрессорной трубы может совершать возвратно-поступательное движение. Кроме того, в некоторых случаях надетая часть насосно-компрессорной трубы может быть изогнута. Кроме того, в некоторых случаях амплитуда и/или частота движения части насосно-компрессорной трубы, в которую вставлена штанга, могут быть равны амплитуде и/или частоте движения реальной штанги колонны. Кроме того, в некоторых случаях амплитуда и/или частота движения части насосно-компрессорной трубы могут быть выбраны согласно эквивалентным ускоренным испытаниям. Кроме того, в некоторых случаях на стенде может быть установлена часть штанги. Кроме того, в некоторых случаях в стенде могут быть установлено одновременно несколько последовательно соединенных штанг. Кроме того, в некоторых случаях испытуемая штанга может совершать возвратно-поступательное движение.

Установка на штанге одного или несколько датчиков приема спектральных шумов позволяет регистрировать шумы в испытуемой штанге.

Подача через стыковочное устройство на конец штанги одновременно постоянной и/или переменной нагрузок, направление которых совпадает с осью штанги, позволяет моделировать на стенде реальные нагрузки, действующие на штангу (вес подвешенного оборудования и колонны штанг - постоянная нагрузка, нагрузки, возникающие при возвратно-поступательном движении штанги - переменные).

Замер шумов, исходящих от испытуемой штанги, позволяет при проведении их диагностики выявлять появление и развитие усталостных трещин.

Выполнение штанги с надетыми одной или двумя муфтами (к концам испытуемой штанги привинчиваются одна или две муфты, позволяет более полно моделировать реальную штангу колонны.

Выбор величины постоянной нагрузки равной весу колонны штанг и оборудования для моделируемой штанги колонны позволяет более полно моделировать постоянную нагрузку на штангу.

Выбор направления, амплитуды, периода и частоты переменной нагрузки равными переменной нагрузке, действующей на моделируемую штангу колонны, позволяет более полно моделировать переменную нагрузку на штангу.

Действие на моделируемую штангу постоянной и/или переменной боковой нагрузкой, направленной под углом от 0° до 90° к оси штанги, позволяет более полно моделировать боковые нагрузки (например, из-за трения о колонну насосно-компрессорных труб) на штангу.

Приложение боковой нагрузки в наиболее напряженное место штанги позволяет более полно оценить влияние боковых нагрузок.

Подача через стыковочное устройство на штангу крутящего момента позволяет учесть крутящий момент, действующий на штангу, и применить полученные результаты для привода винтовых насосов.

Выбор нагрузок на испытуемую штангу равными нагрузкам на верхнюю штангу позволяет моделировать условия наиболее напряженной штанги колонны.

Выбор постоянной нагрузки на штангу в диапазоне от нуля до нагрузки разрыва позволяет провести испытания по постоянной нагрузке во всем возможном диапазоне.

Выбор нагрузок на штангу из условия обеспечения ускоренных эквивалентных испытаний позволяет сократить время испытаний.

Надевание на испытуемую штангу, например на муфту, часть насосно-компрессорной трубы, при этом оси штанги и насосно-компрессорной трубы не обязательно совпадают, позволяет имитировать трение штанги о насосно-компрессорные трубы - при нагрузке 8Т штанга вытягивается на 4 мм и более (в зависимости от материала, диаметра, покрытия и т.д.).

Совершение частью надетой насосно-компрессорной трубы возвратно-поступательного движения позволяет более полно моделировать работу штанги.

Выполнение изогнутой надетой части насосно-компрессорной трубы позволяет более полно моделировать трение штанги о насосно-компрессорные трубы.

Равенство амплитуды и/или частоты движения части насосно-компрессорной трубы, в которую вставлена штанга, и амплитуды и/или частоты движения реальной штанги колонны позволяет более полно моделировать работу штанги.

Выбор амплитуды и/или частоты движения части насосно-компрессорной трубы согласно эквивалентным ускоренным испытаниям позволяет сократить время испытаний.

Установка на стенде части штанги позволяет уменьшить размер стенда.

Установка в стенде одновременно несколько последовательно соединенных штанг позволяет более полно моделировать работу колонны штанг.

Совершение испытуемой штангой возвратно-поступательного движения позволяет более полно моделировать работу штанг.

Способ стендовых испытаний натуральных образцов штанг или моделей штанг на усталостную прочность работает следующим образом.

Выбирается штанга для испытаний. К концам штанги в зависимости от условий могут быть привинчены одна или две муфты. Один конец штанги закрепляется на стенде, а другой через стыковочное устройство соединяется с нагрузочным устройством. После этого на штанге устанавливается один или более датчиков шумов. Через стыковочное устройство на штангу начинает подаваться нагрузка от нагрузочного устройства. Подаваемая нагрузка имеет постоянную и/или переменную составляющие, а направление совпадает с осью штанги. По замеренным шумам, исходящих от испытуемой штанги, проводят их диагностику для выявления появления и развития усталостных трещин.

Кроме того, в некоторых случаях величина постоянной нагрузки может быть выбрана равной весу колонны штанг и оборудования для моделируемой штанги колонны. Выбор величины постоянной нагрузки равной весу колонны штанг и оборудования для моделируемой штанги колонны позволяет более полно моделировать постоянную нагрузку на штангу.

Кроме того, в некоторых случаях направление, амплитуду, период и частоту переменной нагрузки могут быть выбраны равными переменной нагрузке, действующей на моделируемую штангу колонны. Выбор направления, амплитуды, периода и частоты переменной нагрузки равными переменной нагрузке, действующей на моделируемую штангу колонны, позволяет более полно моделировать переменную нагрузку на штангу.

Кроме того, в некоторых случаях на моделируемую штангу может действовать постоянная и/или переменная боковая нагрузка, направленная под углом от 0° до 90° к оси штанги. Действие на моделируемую штангу постоянной и/или переменной боковой нагрузкой, направленной под углом от 0° до 90° к оси штанги, позволяет более полно моделировать боковые нагрузки (например, из-за трения о колонну насосно-компрессорных труб) на штангу.

Кроме того, в некоторых случаях боковая нагрузка может быть приложена в наиболее напряженное место штанги. Приложение боковой нагрузки в наиболее напряженное место штанги позволяет более полно оценить влияние боковых нагрузок.

Кроме того, в некоторых случаях через стыковочное устройство на штангу может быть подан крутящий момент. Подача через стыковочное устройство на штангу крутящего момента позволяет учесть крутящий момент, действующий на штангу, и применить полученные результаты для привода винтовых насосов.

Кроме того, в некоторых случаях нагрузки на испытуемую штангу могут быть выбраны равными нагрузкам на верхнюю штангу. Выбор нагрузок на испытуемую штангу равными нагрузкам на верхнюю штангу позволяет моделировать условия наиболее напряженной штанги колонны.

Кроме того, в некоторых случаях постоянная нагрузка на штангу может быть выбрана в диапазоне от нуля до нагрузки разрыва. Выбор постоянной нагрузки на штангу в диапазоне от нуля до нагрузки разрыва позволяет провести испытания по постоянной нагрузке во всем возможном диапазоне.

Кроме того, в некоторых случаях нагрузки на штангу могут быть выбраны из условия обеспечения ускоренных эквивалентных испытаний. Выбор нагрузок на штангу из условия обеспечения ускоренных эквивалентных испытаний позволяет сократить время испытаний.

Кроме того, в некоторых случаях на испытуемую штангу может быть надета, например на муфту, часть насосно-компрессорной трубы, при этом оси штанги и насосно-компрессорной трубы не обязательно совпадают. Надевание на испытуемую штангу, например на муфту, части насосно-компрессорной трубы, при этом оси штанги и насосно-компрессорной трубы не обязательно совпадают, позволяет имитировать трение штанги о насосно-компрессорные трубы - при нагрузке 8Т штанга вытягивается на 4 мм и более (в зависимости от материала, диаметра, покрытия и т.д.).

Кроме того, в некоторых случаях часть надетой насосно-компрессорной трубы может совершать возвратно-поступательное движение. Совершение частью надетой насосно-компрессорной трубы возвратно-поступательного движения позволяет более полно моделировать работу штанги.

Кроме того, в некоторых случаях надетая часть насосно-компрессорной трубы может быть изогнута. Выполнение изогнутой надетой части насосно-компрессорной трубы позволяет более полно моделировать трение штанги о насосно-компрессорные трубы.

Кроме того, в некоторых случаях амплитуда и/или частота движения части насосно-компрессорной трубы, в которую вставлена штанга, могут быть равны амплитуде и/или частоте движения реальной штанги колонны. Равенство амплитуды и/или частоты движения части насосно-компрессорной трубы, в которую вставлена штанга, и амплитуды и/или частоты движения реальной штанги колонны позволяет более полно моделировать работу штанги.

Кроме того, в некоторых случаях амплитуда и/или частота движения части насосно-компрессорной трубы могут быть выбраны согласно эквивалентным ускоренным испытаниям. Выбор амплитуды и/или частоты движения части насосно-компрессорной трубы согласно эквивалентным ускоренным испытаниям позволяет сократить время испытаний.

Кроме того, в некоторых случаях на стенде может быть установлена часть штанги. Установка на стенде части штанги позволяет уменьшить размер стенда.

Кроме того, в некоторых случаях в стенде могут быть установлено одновременно несколько последовательно соединенных штанг. Установка в стенде одновременно несколько последовательно соединенных штанг позволяет более полно моделировать работу колонны штанг

Кроме того, в некоторых случаях испытуемая штанга может совершать возвратно-поступательное движение. Совершение испытуемой штангой возвратно-поступательного движения позволяет более полно моделировать работу штанг.

Один из возможных вариантов реализации способа стендовых испытаний натуральных образцов штанг или моделей штанг на усталостную прочность показан на фиг.1.

Штанга 1 посредством стыковочного устройства 2 закреплена на станине 3 одним концом. Другой конец штанги 2 через стыковочное устройство 4 соединен с нагрузочным устройством 5. Штанга 1 контактирует с нагрузочной машиной 6 посредством соединительного устройства 7. На штанге 1 установлены датчики шумов 8.

Работа данного варианта осуществляется следующим образом. На штангу 1 через соединительное устройство 4 от нагрузочного устройства 5 подаются постоянная и переменная нагрузки. Так как другой конец штанги 1 через стыковочное устройство 2 закреплен на станине 3, то штанга 1 растягивается, причем величина растяжения может меняться из-за переменной нагрузки. Дополнительно ша штангу 1 действует боковая нагрузка, передаваемая от нагрузочной машины 6 через соединительное устройство 7. Под действием всех этих нагрузок в штанге возникают шумы, которые регистрируются датчиками 8. Затем шумы запоминаются и обрабатываются. Из их анализа определяют моменты образования и роста усталостных трещин.

Таким образом, заявляемое изобретение позволяет обеспечить стендовые испытания штанг в условиях, наиболее приближенным к тем, которые возникают при работе штанг с составе штанговых глубинных насосов.

1. Способ стендовых испытаний натуральных образцов штанг или моделей штанг на усталостную прочность, позволяющий испытывать штангу, у которой один конец закреплен на стенде, а к другому через стыковочное устройство подается нагрузка, отличающийся тем, что на штанге устанавливают один или несколько датчиков приема спектра шумов, через стыковочное устройство на конец штанги подают одновременно постоянную и/или переменную нагрузки, направление которых совпадает с осью штанги, по замеренным шумам, исходящим от испытуемой штанги, проводят их диагностику для выявления появления и развития усталостных трещин, причем к испытуемой штанге могут быть подсоединены одна или две муфты, на моделируемую штангу может действовать постоянная и/или переменная боковая нагрузка, направленная под углом от 0 до 90° к оси штанги, на испытуемую штангу может быть надета, например, на муфту, часть насосно-компрессорной трубы, при этом оси штанги и насосно-компрессорной трубы не обязательно совпадают.

2. Способ стендовых испытаний натуральных образцов штанг или моделей штанг на усталостную прочность по п.1, отличающийся тем, что величину постоянной нагрузки выбирают равной весу колонны штанг и оборудования для моделируемой штанги.

3. Способ стендовых испытаний натуральных образцов штанг или моделей штанг на усталостную прочность по п.1 или 2, отличающийся тем, что направление, амплитуду, период и частоту переменной нагрузки выбирают равными переменной нагрузке, действующей на моделируемую штангу.

4. Способ стендовых испытаний натуральных образцов штанг или моделей штанг на усталостную прочность по п.1 или 2, отличающийся тем, что боковая нагрузка приложена в наиболее напряженное место штанги.

5. Способ стендовых испытаний натуральных образцов штанг или моделей штанг на усталостную прочность по п.1 или 2, отличающийся тем, что через стыковочное устройство на штангу подают крутящий момент.

6. Способ стендовых испытаний натуральных образцов штанг или моделей штанг на усталостную прочность по п.1 или 2, отличающийся тем, что нагрузки на испытуемую штангу выбирают равными нагрузкам на верхнюю штангу колонны штанг.

7. Способ стендовых испытаний натуральных образцов штанг или моделей штанг на усталостную прочность по п.1 или 2, отличающийся тем, что постоянную нагрузку на штангу выбирают в диапазоне от нуля до нагрузки разрыва.

8. Способ стендовых испытаний натуральных образцов штанг или моделей штанг на усталостную прочность по п.1 или 2, отличающийся тем, что нагрузки на штангу выбирают из условия обеспечения ускоренных эквивалентных испытаний.

9. Способ стендовых испытаний натуральных образцов штанг или моделей штанг на усталостную прочность по п.1 или 2, отличающийся тем, что часть надетой насосно-компрессорной трубы совершает возвратно-поступательное движение.

10. Способ стендовых испытаний натуральных образцов штанг или моделей штанг на усталостную прочность по п.1 или 2, отличающийся тем, что надетая часть насосно-компрессорной трубы изогнута.

11. Способ стендовых испытаний натуральных образцов штанг или моделей штанг на усталостную прочность по п.1 или 2, отличающийся тем, что амплитуда и/или частота движения части насосно-компрессорной трубы, в которую вставлена штанга, равны амплитуде и/или частоте движения реальной штанги колонны.

12. Способ стендовых испытаний натуральных образцов штанг или моделей штанг на усталостную прочность по п.1 или 2, отличающийся тем, что амплитуда и/или частота движения части насосно-компрессорной трубы выбраны согласно эквивалентным ускоренным испытаниям.

13. Способ стендовых испытаний натуральных образцов штанг или моделей штанг на усталостную прочность по п.1 или 2, отличающийся тем, что на стенд устанавливают часть штанги.

14. Способ стендовых испытаний натуральных образцов штанг или моделей штанг на усталостную прочность по п.1 или 2, отличающийся тем, что в стенд устанавливают одновременно несколько последовательно соединенных штанг.

15. Способ стендовых испытаний натуральных образцов штанг или моделей штанг на усталостную прочность по п.1 или 2, отличающийся тем, что испытуемая штанга совершает возвратно-поступательное движение.