У дисертаційній роботі ставиться за мету підвищення ефективності експлуатації ліфтових колон свердловин підземних сховищ газу за рахунок запобігання розгвинчуванню колон шляхом зниження амплітуд їхніх коливань і раціонального добору моментів згвинчування. Для досягнення сформульованої мети були поставлені і розв'язані такі основні завдання: - побудувати математичні моделі і дослідити вільні та вимушені поздовжні, крутильні і поперечні коливання ліфтової колони і, на основі аналізу власних частот і форм, а також амплітуд вимушених коливань, обґрунтувати раціональні значення коефіцієнта жорсткості віброізолятора; - розробити математичну модель і алгоритм розрахунку поперечно-крутильних коливань ліфтової колони з урахуванням її динамічної взаємодії зі стінкою свердловини і оцінити вплив віброізолятора на розподіл крутних моментів по довжині колони; - розробити математичні моделі і алгоритми розрахунку напружень і деформацій елементів з'єднань ліфтової колони і, на основі аналізу напружено-деформівного стану основного матеріалу з'єднаних труб і муфти, визначити допустимий момент згвинчування; - опрацювати методику і провести експериментальні дослідження вібрацій ліфтових колон діючих свердловин підземного сховища газу під час відбору газу та під час його нагнітання та порівняти одержані результати з результатами математичного моделювання динамічних процесів; - розробити технічні рішення і рекомендації, спрямовані на запобігання розгвинчуванню ліфтових колон під час експлуатації підземних сховищ газу; опрацювати методику розрахунку на міцність і жорсткість пружних елементів віброізоляторів та обґрунтувати метод діагностики щільності муфтових з'єднань. ЗМІСТ ВСТУП 5 РОЗДІЛ 1. СУЧАСНИЙ СТАН ПРОБЛЕМИ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ЕКСПЛУАТАЦІЇ ЛІФТОВИХ КОЛОН ПІДЗЕМНИХ СХОВИЩ ГАЗУ 11 1.1. Аналіз причин втрати працездатності ліфтових колон підземних сховищ газу …………………………………………………………………………………11 1.2. Літературний огляд досліджень міцності і стабільності роботи трубних різьових з'єднань 19 1.3. Аналіз методів динамічного розрахунку колони труб 30 1.4. Дослідження процесу припливу газу до гирла свердловини з урахуванням умов її експлуатації 36 1.5. Обґрунтування задач дослідження 44 РОЗДІЛ 2. ВІЛЬНІ І ВИМУШЕНІ КОЛИВАННЯ КОЛОНИ НАСОСНО-КОМПРЕСОРНИХ ТРУБ 46 2.1. Математичне моделювання поздовжніх і крутильних коливань ліфтової колони 46 2.2. Математичне моделювання поперечних коливань ліфтової колони 56 2.3. Розрахунок поперечно-крутильних коливань ліфтової колони з урахуванням її взаємодії із стінкою свердловини 63 2.4. Дослідження коливальних явищ у механічній системі колони і обґрунтування коефіцієнта жорсткості віброізолятора 76 2.5. Висновки 91 РОЗДІЛ 3. НАПРУЖЕНО-ДЕФОРМІВНИЙ СТАН І МОНОЛІТНІСТЬ РІЗЬОВИХ З'ЄДНАНЬ ЛІФТОВОЇ КОЛОНИ 92 3.1. Обґрунтування розрахункових моделей і методики аналізу напружено-деформівного стану з'єднань 92 3.2. Визначення жорсткісних характеристик пружного прошарку між муфтою і трубою, яким моделюється різь 97 3.2.1. Наближений розрахунок коефіцієнта постелі 98 3.2.2. Скінченно-елементне моделювання впливу трибологічних чинників 99 3.2.3. Скінченно-елементне моделювання впливу технологічних чинників 102 3.3. Аналіз напружено-деформівного стану елементів з'єднання, викликаного натягом 104 3.4. Аналіз напружено-деформівного стану елемента з'єднання, обумовленого крутним навантаженням 113 3.5. Аналіз напружено-деформівного стану і монолітності з'єднання з урахуванням реальних умов експлуатації та геометричних похибок поверхонь різі 119 3.5.1. Визначення допустимого моменту згвинчування з'єднання 119 3.5.2. Міцність з'єднання 122 3.5.3. Локальна міцність з'єднання 128 3.6. Висновки до розділу 3 132 РОЗДІЛ 4. ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ДИНАМІКИ ЛІФТОВИХ КОЛОН ПІДЗЕМНОГО СХОВИЩА ГАЗУ 132 4.1. Апаратура і технічне забезпечення для проведення експериментальних досліджень 132 4.2. Методика експериментального визначення вібропараметрів ліфтових колон свердловин підземних сховищ газу 13: 4.3. Тарування вимірювальної апаратури 14і 4.4. Результати експериментальних вимірювань вібропараметрів ліфтових колон на діючих свердловинах 14 4.5. Висновки 16 РОЗДІЛ 5. ТЕХНІЧНІ РІШЕННЯ, СПРЯМОВАНІ НА ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ПРАЦЕЗДАТНОСТІ ЛІФТОВОЇ КОЛОНИ 16 5.1. Спеціальне з'єднання насосно-компресорних труб 16 5.2. Віброізолятор ліфтової колони 164 5.3. Методика розрахунку пружних елементів амортизаторів ліфтової колони 167 5.3.1. Визначення жорсткості пружини віброізолятора з шарнірно закріпленими кінцями 167 5.3.2. Визначення жорсткості пружини віброізолятора з защемленням кінців пружини на опорних кільцях 170 5.3.3. Визначення жорсткості віброізолятора 173 5.3.4. Дослідження міцнісних і жорсткісних характеристик пружних елементів віброізолятора 176 5.4. Імпульсно-хвильовий метод діагностики щільності муфтових з'єднань 183 5.5. Висновки 192 ВИСНОВКИ 193 СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 196 ДОДАТКИ 216