Дослідження з’єднань вуглепластикових стрижнів зі сталевими головками при дії навантажень згину

Анотація

Для підвищення ефективності використання штангової свердловинної насосної установки (ШСНУ) сьогодні застосовують колони насосних штанг, виготовлених з і склопластика та вуглепластика. Такі полімерні композитні матеріали мають ряд переваг порівняно зі сталлю, але у конструкції насосної штанги мають суттєвий недолік – високу концентрацію напружень у місці їх з’єднання зі сталевою головкою, що містить різьбу. Існує багато конструктивних рішень цієї проблеми, але забезпечення рівноміцності з’єднання склопластикової чи вуглепластикової штанги із металевою головкою надалі лишається досить складною задачею. Як свідчить практика, на колону насосних штанг у свердловині діють, окрім навантажень розтягу, навантаження від згину, крутного моменту, тертя до колони насосно-компресорних труб тощо. Тому слід провести порівняльний аналіз частин конструкцій насосних штанг: традиційної сталевої та комбінованої (металевого наконечника із композиційним стрижнем). В даній роботі до таких з’єднань прикладалися тільки навантаження згину, які особливо небезпечні при проходженні штангою викривлених ділянок свердловини та при ході штанг вниз. Встановлено, що під дією моменту згину максимальні нормальні напруження розподіляються по довжині насосної штанги нерівномірно і зосереджуються у переході між головкою та  стрижнем. Визначена величина максимальних нормальних напружень, що виникає у переході між сталевим наконечником і вуглепластиковим стрижнем, які з’єднанні без конструктивних особливостей (галтелей, різних переходів тощо) становить більше 1600 МПа. Такі величини напружень є небажаними при циклічній роботі з’єднання. Запропоновано для прикладу конструкцію металевої головки, яка дає змогу знизити напруження, що виникають при згині, і розподілити їх по з’єднанню рівномірніше порівняно навіть із традиційною насосною штангою.