Differential equations expressing the thermal balance of metals and alloys

• Autorzy: Mustafayev Amir G. , Aghalarova Ismat U.

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2025.03.06

Warianty tytułu

PL

Równania różniczkowe wyrażające bilans cieplny metali i stopów

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

One of the main directions of development in the oil and gas industry is the creation of new and efficient technological equipment. From 2020 to 2025, the increase in oil and gas production could be achieved through the correct selection of repair equipment and adherence to existing regulations for restoring wells that have been taken out of operation and returning them to service. Since the working parts of the equipment used in repair and restoration works in wells are constantly in contact with degradable objects, temperatures and thermal stresses increase due to friction at their contact points. High temperatures (1000–1200°C) create a stress-deformed state in the contact areas between tools and equipment. The stress-deformed conditions in the cutting zones lead to the formation of microcracks in the working part of the tool. Over time, these cracks grow, increasing temperature and thermal stresses, leading to tool wear, premature failure, and, in some cases, jamming. To maintain equipment and tools in working condition and ensure their periodic maintenance, the correct selection of milling parameters is necessary. The high productivity achieved during well drilling, repair, and restoration works depends on economic efficiency, durability, the choice of materials for cutting and milling tools that meet modern requirements, the compactness of construction, and the size and condition of the repaired well. One of the main factors ensuring the safe operation of equipment and tools in a well during repair work is maintaining the thermal-physical conditions of the moving parts of the tool at the required level. The thermal regime of the cutting tool largely depends on the physical and mechanical properties of the objects being destroyed: rock, metal, hardened cement, etc. When interacting with degradable objects, thermomechanical stresses affect the contacting surfaces of the tool, and a significant amount of heat is released at the working surface. As a result of extensive scientific and experimental research on the management of thermal-physical processes to enhance the stability of oil production, operational, and repair equipment, differential equations have been formulated to describe thermal processes. These equations incorporate coefficients of thermal conductivity, heat transfer, and cooling, which are fundamental to solving thermal problems.

PL

Jednym z głównych kierunków rozwoju przemysłu naftowego i gazowego jest projektowanie nowoczesnego i wydajnego sprzętu technologicznego. W latach 2020–2025 wzrost wydobycia ropy naftowej i gazu ziemnego można było osiągnąć dzięki prawidłowemu doborowi sprzętu naprawczego i przestrzeganiu obowiązujących przepisów dotyczących przywracania do eksploatacji odwiertów wyłączonych z użytkowania. Ponieważ elementy robocze urządzeń wykorzystywanych do naprawy i renowacji odwiertów są w ciągłym kontakcie z obiektami ulegającymi degradacji, następuje wzrost temperatury i naprężeń termicznych w wyniku tarcia w punktach ich styku. Wysokie temperatury (1000–1200°C) prowadzą do odkształceń naprężeniowych w miejscach styku narzędzi i sprzętu. Z kolei odkształcenia naprężeniowe w strefach skrawania prowadzą do powstawania mikropęknięć w części roboczej narzędzia. Z czasem pęknięcia te powiększają się, zwiększając temperaturę i naprężenia termiczne, co prowadzi do zużycia narzędzia, jego przedwczesnej awarii, a w niektórych przypadkach także zakleszczenia. Aby utrzymać sprzęt i narzędzia w stanie gotowości do pracy oraz zapewnić możliwość ich okresowej konserwacji, konieczny jest właściwy dobór parametrów frezowania. Wysoka wydajność osiągana podczas wiercenia, napraw i renowacji odwiertów zależy od efektywności ekonomicznej, trwałości, doboru materiałów na narzędzia skrawające i frezujące spełniające współczesne wymagania, a także od kompaktowości konstrukcji oraz wielkości i stanu naprawianego odwiertu. Jednym z kluczowych czynników zapewniających bezpieczną eksploatację sprzętu i narzędzi w odwiercie podczas prac naprawczych jest utrzymanie warunków termofizycznych ruchomych części narzędzia na wymaganym poziomie. Parametry termiczne narzędzia skrawającego zależą w dużej mierze od właściwości fizycznych i mechanicznych obrabianych obiektów: skał, metalu, stwardniałego cementu itp. Podczas pracy z obiektami ulegającymi degradacji, na powierzchniach styku narzędzia występują naprężenia termomechaniczne, a na powierzchni roboczej uwalniana jest znaczna ilość ciepła. W wyniku szeroko zakrojonych badań naukowych i eksperymentalnych nad regulacją procesów termofizycznych w celu zwiększenia stabilności produkcji ropy naftowej, sprzętu operacyjnego i naprawczego, opracowano równania różniczkowe opisujące procesy termiczne. Równania te wykorzystują współczynniki przewodnictwa cieplnego, wymiany ciepła i chłodzenia, które stanowią podstawę do rozwiązywania problemów termicznych.

Słowa kluczowe

EN

temperature; thermomechanical stress; repair; well; plate; cylinder

PL

temperatura; naprężenia termomechaniczne; naprawa; odwiert; płyta; cylinder

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2025
• Tom: R. 81, nr 3
• Strony: 199--209
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz.

Twórcy

autor

Mustafayev Amir G.

• Azerbaijan State Oil and Industry University

autor

Aghalarova Ismat U.

• Azerbaijan State Oil and Industry University

Bibliografia

• Ametistov E.E., Grigoryev V.A., Zorin V.M. (eds.), 1982. Heat and Mass Transfer. Thermal Experience. Energoizdat, Moscow, 512.
• Faradjiev T.G., Dzhanakhmedov A.Kh., 1980. Investigation of the temperature rise of the drilling winch brake drum during braking and subsequent cooling process. Proceedings of the Academy of Sciences of the Azerbaijan SSR. Series of Physical-Technical and Mathematical Sciences, 5: 121–127.
• Faradzhev T.G., Aliev A.M., 1982. Determination of the heat transfer coefficient during braking. Oil and Gas, 1: 70–72.
• Faradzhev T.G., Aliev A.M., Hasanzade R.Yu., 1990. Determination of the temperature difference in a spherical body washed by a washing liquid, on the outer surface of which a heat source from frictional heat acts. Izv. Oil and Gas University, 3: 29–33.
• Faradzhev T.G., Aliev A.M., Mustafaev A.G., 1991. Generalized differential heat equation for an arbitrary measure of space and body shape. Izv. Universities, Oil and Gas, 6: 32–42.
• Faradzhev T.G., Guseinov I.B., Aliev A.M., 1976. Vibration principle of minimizing thermal stresses of the friction pairs of the brake pulley of a drill drawworks. Izv. Universities, Oil and Gas, 12: 97–100.
• Faradzhev T.G., Guseinov I.B., Aliev A.M., 1977. Study of non-stationary temperature and temperature stresses of the friction pair of the brake of a drill drawworks. Izv. Universities, Oil and Gas, 2: 91–95.
• Faradzhev T.G., Kerimov D.A., Zeynalov O.S., 1981a. Isoperimetric variational problem of temperature stresses of cooling processes. Izv. Universities, Oil and Gas, 10: 75–78.
• Faradzhev T.G., Kerimov D.A., Zeynalov O.S., 1981b. Issues of cooling cylindrical heated bodies, temperature distribution, temperature stresses. Izv. Universities, Oil and Gas, 5: 71–75.
• Faradzhev T.G., Rasulov R.A., 1975. Study of temperature from friction heat and temperature stresses in the supports of single-cone bits during drilling. Oil and Gas, 6: 31–35.
• Faradzhev T.G., Rasulov R.A., Dzharrakhov A.R., 1981c. Study of the thermal regime of roller bits in the case of variable values of thermal and physical parameters. Izv. Universities, Oil and Gas, 10: 29–33.
• Faradzhev T.G., Rasulov R.A., Gasanov R.A., Guseinzadeh M.M., 1983. On the thermal operating conditions of the bit at the bottom when drilling wells. ANH, 10: 24–27.
• Faradzhev T.G., Rasulov R.A., Huseynzadeh M.M., 1981d. On the issue of heating drill bits from the heat of friction in the supports and weapons. Izv. Universities. Oil and Gas, 11: 22–25.
• Faradzhev T.G., Rasulov R.A., Rasulov Kh.A., 1974. Study of unsteady temperature (heat friction) of roller bits during drilling. Izv. Universities, Oil and Gas, 4: 101–105.
• Leontyev A.I. (Ed.) 1979. Theory of Heat and Mass Transfer: Textbook for Universities. Higher School, Moscow, 495.
• Klimenko S.V., Zorin V.M. (eds.), 2001. Theoretical Foundations of Heat Engineering. Heat Engineering Practice: Handbook. MEI Publishing House, Moscow, 564.
• Lykov A.V., 1978. Heat and Mass Transfer: Handbook. Energiya, Moscow, 480.
• Mustafayev A., Nasirov Ch., 2022. Advantages of Heat-Resistant Composite Alloy Materials. Equipment, Technologies, Materials,12(04): 60–66.
• Mustafayev A.G., Aliev E.A., Huseynov Kh.A., Karimova L.S., 1997. Thermal operating mode of milling devices and improving their efficiency during well repair. Elm, Baku.
• Mustafayev A.G., Khayrabadi Q.S., 2023. Differential expression of the equations ensuring the heat balance of metals and alloyed compounds. International Scientific Conference on the Development of Science and Education in Azerbaijan during the
• H. Aliyev Era, July 4–5. Osipova V.A., 1979. Experimental Studies of Heat Transfer Processes. Energiya, Moscow, 318.
• Peletskiy V.E., Timrot D.L., Voskresenskiy V.Yu., 1971. High-Temperature Studies of Thermal and Electrical Conductivity of Solids. Energiya, Moscow, 192.
• Ustyuzhanin E.E., Glubokov A.V., Nazarov S.N., 1985. Thermal Conductivity of Composite Polymer Materials at 3.5–100 K. Izvestiya Universities. Energy, 7: 106–109.