Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Differential equations expressing the thermal balance of metals and alloys

Mustafayev Amir G., Aghalarova Ismat U.

Nafta-Gaz

|

2025

|

R. 81, nr 3

199--209

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.

2

The advantage of composite materials used in downhole cutting tools

Mustafayev Amir G., Nasirov Chingiz R.

Nafta-Gaz

|

2024

|

R. 80, nr 1

19--29

EN

One of the important reserves for the growth of oil and gas production is the acceleration of emergency recovery work in production and exploration wells at minimal cost. A significant amount of work in downhole conditions is performed using downhole destructive and cutting tools. Each oil and gas producing country annually uses more than 100 standard sizes, thousands of cutting tool sets: downhole, annular, combined, pilot, internal and external pipe cutters, as well as reamers for cutting side “windows” in production strings. Therefore, the need for them is growing significantly every year. The conducted experiments show that during the operation of cutting tools, the working abrasive-cutting part of the tool wears out and collapses, but the body, other elements and the connecting thread remain suitable for further operation. Therefore, the restoration of working bodies, consisting of crushed particles of used borehole cutting tools, is an urgent scientific and technical task for the oil and gas industry. When repairing oil and gas wells, as well as eliminating the most complex accidents, more than a hundred standard sizes of downhole cutting and destructive tools are used. Currently, an acute shortage of this equipment in oilfield facilities makes it necessary to reconsider the technologies for restoring downhole cutting and destructive tools and introduce them into production. The conducted studies show that there is not enough information about the thickness and height of the layers of the material applied to the damaged area of the cutting and destructive tool, as well as the information necessary for the optimal mode of its operation and its effectiveness after restoration. Composite materials are widely used in the preparation of cutting-chopping and destructive elements of oil-field tools and equipment used in the drilling, operation and repair of wells. In order to increase the cutting capacity of the cutting part of the tool, it is necessary to investigate the advantages of tungsten-carbide (TC) type composite materials compared to other materials and ensure their resistance to high temperatures. As a result of theoretical studies, the stress-deformation state of the contact areas of the composite elements, where the working areas of the cutting and destructive tools are reinforced, and the dependence of the productivity of the composite materials on the speed of transition to metal and the sizes of the composite grains were determined by using the finite element method (two-dimensional simplex elements).

PL

Jedną z ważnych kwestii wpływających na wzrost wydobycia ropy naftowej i gazu ziemnego jest przyspieszenie awaryjnych prac naprawczych w odwiertach eksploatacyjnych przy minimalnych kosztach. Znacząca ilość pracy w warunkach wgłębnych w otworach wykonywana jest z zastosowaniem otworowych narzędzi niszczących i skrawających. Każdy kraj produkujący ropę i gaz rocznie stosuje ponad sto standardowych rozmiarów zestawów tysięcy narzędzi skrawających: otworowych, pierścieniowych, łączonych, pilotażowych, wewnętrznych i zewnętrznych przecinaków do rur, jak również rozwiertaki do wycinania „okien” bocznych w rurach eksploatacyjnych. Tym samym każdego roku zapotrzebowanie na te narzędzia znacząco wzrasta. Przeprowadzone doświadczenia pokazują, że podczas pracy narzędzi skrawających część robocza ścierająco-tnąca narzędzia zużywa sie i zapada, lecz korpus, inne elementy i gwint łączący pozostają odpowiednie do dalszej pracy. Tym samym, odbudowa korpusów roboczych, składających się ze zmiażdżonych cząstek zużytych otworowych narzędzi skrawających, jest pilnym zadaniem badawczym i technicznym dla przemysłu ropno-gazowego. Podczas naprawy odwiertów ropnych i gazowych oraz likwidacji najbardziej skomplikowanych awarii stosuje się ponad sto standardowych rozmiarów otworowych narzędzi skrawających i niszczących. Obecnie poważny niedobór tego sprzętu na złożach ropy naftowej wymusza konieczność ponownego rozważenia technologii dla naprawy otworowych narzędzi skrawających i niszczących oraz wprowadzania ich do produkcji. Przeprowadzone badania pokazują, że brak jest wystarczających informacji o grubości i wysokości warstw materiału nakładanych na uszkodzoną powierzchnię narzędzia skrawającego i niszczącego, oraz informacji koniecznych dla optymalnego trybu jego pracy i jej skuteczności po renowacji. Materiały kompozytowe są szeroko stosowane w przygotowywaniu elementów tnąco-skrawających i niszczących dla narzędzi naftowych i sprzętu stosowanego przy wierceniu, pracy i naprawie odwiertów. W celu zwiększenia wydajności cięcia części tnącej narzędzia konieczne jest zbadanie zalet materiałów kompozytowych typu węglik wolframu (TC) w porównaniu z innymi materiałami, oraz zapewnienie ich odporności na wysokie temperatury. W wyniku badań teoretycznych określono stan naprężeniowo-odkształceniowy obszarów styku elementów kompozytowych, w których wzmocnione są obszary robocze narzędzi skrawających i niszczących oraz zależność wydajności materiałów kompozytowych od prędkości przejścia w metal i rozmiarów ziaren kompozytowych metodą elementów skończonych (dwuwymiarowe elementy sympleksowe).

3

Enhancing the efficiency of well milling devices and cleaning wells from milled objects by implementing cavitation in the milling zone

Mustafayev Amir G., Ismayilov Mahmud, Salimli Mirkamran M., Nasirov Chingiz R.

Nafta-Gaz

|

2024

|

R. 80, nr 11

696--704

EN

Technological leadership on a global scale is closely linked to advancements in novel technologies and materials. Increasing the operating temperature of composite materials is a critical objective in the development of innovative materials and products derived from them. Advances in technology have demonstrated that extensive alloying, combined with optimal heat treatment and advanced material processing methods, enhances their heat resistance. High-temperature materials based on composites with an elevated temperature threshold fulfill this requirement. In the current stage of oil and gas industry development, methods to increase oil and gas production include the introduction of effective technological processes aimed at enhancing oil recovery, maintaining production wells, and implementing preventive measures. Particularly important are efforts to accelerate emergency maintenance of production and drilling wells. In this context, the introduction of new, highly efficient repair equipment designs and the improvement of existing tools and devices used in the field play a crucial role. The primary well maintenance activities include fishing and milling. Tools and devices used in these operations are classified into gripping, cutting, and auxiliary categories. One of the most versatile tools in well repair are cutting devices, designed for continuous milling of pipes, preparing the deformed ends of emergency pipes for fishing, opening casings, and cutting out drilling columns. Restoring damaged wells by milling is one of the most complex types of repairs. The productivity of wellbore milling is characterized by the life of the tool, the rate of metal penetration, and durability.

PL

Globalna przewaga technologiczna jest ściśle związana z postępem w zakresie innowacyjnych technologii i materiałów. Zwiększenie temperatury pracy materiałów kompozytowych jest decydującym czynnikiem w rozwoju innowacyjnych materiałów i produktów z nich wytwarzanych. W wyniku postępu technologicznego okazało się, że szerokie zastosowanie stopów, w połączeniu z optymalną obróbką cieplną i zaawansowanymi metodami przetwarzania materiałów, zwiększa ich odporność na ciepło. Materiały odporne na wysokie temperatury oparte na kompozytach o podwyższonym progu temperaturowym spełniają ten wymóg. Na obecnym etapie rozwoju przemysłu naftowego i gazowego metody zwiększania wydobycia ropy naftowej i gazu obejmują wprowadzenie skutecznych procesów technologicznych mających na celu zwiększenie odzysku ropy naftowej, utrzymanie odwiertów produkcyjnych i wdrożenie środków zapobiegawczych. Szczególnie ważne są działania mające na celu skrócenie czasu konserwacji awaryjnej odwiertów wydobywczych i poszukiwawczych. W tym kontekście kluczową rolę odgrywa wprowadzanie nowych, wysoce wydajnych modeli sprzętu naprawczego oraz ulepszanie istniejących narzędzi i urządzeń wykorzystywanych w terenie. Podstawowe czynności związane z konserwacją odwiertów obejmują prace związane z usunięciem zablokowanych lub uszkodzonych narzędzi z odwiertu i frezowanie. Narzędzia i urządzenia używane w tych operacjach są podzielone na chwytające, tnące i pomocnicze. Jednymi z najbardziej wszechstronnych narzędzi do naprawy odwiertów są urządzenia tnące, przeznaczone do ciągłego frezowania rur, przygotowywania zdeformowanych końców rur awaryjnych do operacji związanych z usunięciem zablokowanych lub uszkodzonych narzędzi z odwiertu, otwierania kolumn okładzinowych oraz wycinania kolumn wiertniczych. Wydajność frezowania odwiertów zależy od żywotności narzędzia, tempa penetracji metalu i trwałości.

4

Reductıon of thermal tensıons and temperatures formed ın the trıbonodes and surfaces of the equıpment and tools used ın well workover and restoratıon works

Mustafayev Amir G., Nasirov Chingiz R.

Nafta-Gaz

|

2023

|

R. 79, nr 10

661--669

EN

The maintenance of equipment and tools used in the workover of oil and gas wells depends on keeping them in good working condition, maintaining the reliability, strength, and temperature endurance of the tool. To restore wells after an accident and bring them back into operation, it is necessary to speed up the drilling and repair work by choosing the right repair equipment and following the existing rules and regulatory documents. The cutting elements of tools working under high pressure and loads are deformed, a tense situation is created in the cutting – a destruction zone and high temperatures (1000–1200°C) occur because of corrosion in the triboknots. The stress-deformation state in the cutting-destruction zone causes the formation of microcracks in the working area of the tool. Microcracks grow after a certain period. Cutting elements are quickly worn, in some cases break and fail quickly. Such cases affect the structural composition of the cutting elements, an increase in temperatures; as a result, riveting occurs. In order to keep the equipment and tools used in the repair in normal working condition, adjusting the mode parameters is one of the important requirements, in addition to taking special care of them. Optimum results obtained in repair and restoration depend on the efficiency of the cutting-destructive tool, longevity, material selection, construction manufacturing technologies, tools that meet modern requirements, dimensions, weight, and internal condition of the well being restored. It is necessary to keep the heat generated in the moving parts of the tool at the required level for the safe performance of restoration work. The thermal regime of cutting and rock-destroying tools depends on the physical-mechanical properties of the objects subjected to destruction, and the effect of thermomechanical stresses generated on the contact surfaces of the tool and the amount of heat released from the working surface. Studying the problems related to heat issues will ensure the temperature tolerance of not only the repair equipment, but also the equipment and tools used in other areas of the oil-field industry.

PL

Utrzymanie urządzeń i narzędzi używanych w rekonstrukcjach odwiertów ropy i gazu zależy od zachowania ich w stanie gotowości do pracy, niezawodności, wytrzymałości oraz trwałości temperaturowej narzędzia. Aby przywrócić odpowiedni stan odwiertów po awarii oraz ponownie rozpocząć ich eksploatację trzeba przyspieszyć prace wiertnicze i naprawy poprzez wybranie właściwych urządzeń naprawczych oraz przestrzeganie istniejących przepisów i dokumentów regulacyjnych. Elementy tnące narzędzi pracujących pod wysokim ciśnieniem i obciążeniami ulegają deformacji, wytwarza się sytuacja naprężenia w strefie tnąco-niszczącej i występują wysokie temperatury (1000–1200°C) w wyniku korozji w węzłach tarcia. Stan naprężenie-odkształcenie w strefie tnąco- -niszczącej powoduje tworzenie mikropęknięć w obszarze roboczym narzędzia. Mikropęknięcia propagują po pewnym czasie. Elementy tnące szybko się zużywają, w niektórych przypadkach szybko pękają i ulegają awarii. Takie przypadki wpływają na skład strukturalny elementów tnących, wzrost temperatury i w rezultacie następuje unieruchomienie. Aby utrzymywać urządzenia i narzędzia używane przy naprawie w normalnych warunkach roboczych, jednym z najważniejszych wymogów jest dostosowanie parametrów trybu pracy, oprócz objęcia ich specjalną uwagą. Dobre wyniki uzyskane w robotach naprawczych i renowacyjnych zależą od sprawności narzędzia tnąco-niszczącego, trwałości, doboru materiałów, technologii produkcji konstrukcji, narzędzia spełniającego nowoczesne wymagania, jego wymiarów, wagi oraz stanu wewnętrznego odwiertu podlegającego renowacji. Dla bezpiecznego wykonania prac renowacyjnych konieczne jest utrzymanie ciepła generowanego w częściach ruchomych narzędzia na wymaganym poziomie. Reżim cieplny narzędzi tnących i niszczących skałę zależy od właściwości fizyko-mechanicznych obiektów podlegających niszczeniu i efektu naprężeń termomechanicznych generowanych na powierzchniach kontaktowych narzędzia oraz od ilości ciepła uwolnionej z powierzchni roboczej. Badanie problemów związanych z zagadnieniami ciepła pozwoli na zapewnienie tolerancji temperaturowej nie tylko urządzenia naprawczego, ale również urządzeń i narzędzi używanych w innych dziedzinach przemysłu złóż ropy.

5

Improving the efficiency of the milling tool by reducing the temperature in the milling zone depending on the main mode parameters

Mustafayev Amir G., Ismayilov Mahmud, Salimli Mirkamran M., Nasirov Chingiz M.

Nafta-Gaz

|

2023

|

R. 79, nr 12

764--775

EN

Maintenance of equipment and tools used in the overhaul of oil and gas wells depends on the reliability and durability of the tool. The recovery process of damaged wells can be accelerated by choosing the right repair equipment and following the rules and regulations in force. Cutting equipment and tools operating under high pressure and load are deformed, in the cutting zone – dispersion, i.e., a tense situation is created, and as a result of corrosion in the tribonodes, high temperatures, such as 1000–1200°C, are observed. The stress-strain state created in the shear-disintegration zone causes the formation of microcracks in the working zone of the tool, which will grow over a certain period of time. Thus, the cutting elements wear out quickly, in some cases break and quickly fail. In this case, the structural composition of the cutting elements changes, and the structural lattice in metals is destroyed, resulting in riveting. To maintain the equipment and tools used in repairs in working order, one of the important conditions is their special care and adjustment of the mode parameters. This article discusses the increase in the efficiency of the milling tool with the use of cooling agents in the process of milling various metal objects left during accidents in the wellbore. To do this, experimental data were processed, based on regression analysis, mathematical formulas were obtained that describe the temperature process depending on various regime parameters of the grinding process, and their graphical dependences were plotted. A transition from linear regression to non-linear regression has been made. The results obtained make it possible to predict the classification and design schemes of borehole cutters and the choice of composite materials for reinforcing the cutting part.

PL

Konserwacja sprzętu i narzędzi stosowanych w naprawach odwiertów ropnych i gazowych zależy od niezawodności i trwałości narzędzia. Proces odzyskiwania uszkodzonych odwiertów może być przyspieszony poprzez wybór właściwego sprzętu naprawczego oraz przestrzeganie obowiązujących zasad i przepisów. Sprzęt tnący i narzędzia pracujące pod wysokim ciśnieniem i obciążeniem ulegają odkształceniu, w strefie cięcia powstaje dyspersja, tj. warunki naprężenia, a w efekcie korozji w węzłach tribologicznych pojawiają się wysokie temperatury rzędu 1000–1200°C. Stan naprężeń-odkształceń wytworzony w strefie ścinania-dezintegracji powoduje powstawanie w strefie pracy narzędzia mikrospękań, które w pewnym okresie czasu będą się rozwijać. Co za tym idzie, elementy tnące zużywają się szybko, a w niektórych przypadkach łamią się i szybko ulegają uszkodzeniu. W tym przypadku skład strukturalny elementów tnących zmienia się, a sieć strukturalna w metalach ulega zniszczeniu, co jest przyczyną nitowania. Aby utrzymać sprzęt i narzędzia stosowane w naprawach w stanie gotowości do pracy, jednym z istotnych warunków jest szczególne dbanie o nie i dostosowywanie parametrów trybu. Niniejszy artykuł omawia zwiększanie wydajności narzędzia frezującego przy zastosowaniu czynników chłodzących w procesie frezowania różnych obiektów metalowych pozostawionych podczas awarii w otworze wiertniczym. Aby to osiągnąć, przetworzono dane doświadczalne, a w oparciu o analizę regresji uzyskano wzory matematyczne, które opisują proces temperaturowy zależny od różnych parametrów reżimu procesu ścierania, zależności te przedstawione zostały również w formie graficznej. Wykonano przekształcenie z regresji liniowej na regresję nieliniową. Uzyskane wyniki umożliwiają przewidzenie klasyfikacji i schematów konstrukcji otworowych narzędzi tnących oraz wybór materiałów kompozytowych dla wzmocnienia części tnącej.

6

A study of factors affecting wear and destruction of teeth in gear mechanisms

Mustafayev Amir G., Nasirov Chingiz R

Nafta-Gaz

|

2023

|

R. 79, nr 9

604--610

EN

Transmission gears are very widely used in the modern construction of the machine. Even though electrical transmissions are used, mainly mechanical transmissions are widely used in the machine building industry as they are independent and better than other transmissions. Distributing power between the transmission mechanisms and working units of various machines, by changing the angle of momentum by adjusting the speed of the parts, it is possible to change the type of movement, turn the mechanism on and off, and change the direction of the transmission mechanisms. One of the most widespread types of transmission technology is gear transmission. Tens of thousands of kilowatt-hours of gears can be transmitted. The advantages of gear transmission in comparison with others are their ability to maintain their reliability and long-term functioning of the teeth, high value of the working coefficient (0.90–0.99), simple construction, lack of special service, simplicity of the transmission number and compactness of dimensions. The missing aspects of these transmissions are high precision in their preparation and installation, and low noise level. The main criterion for the working ability of the closed gear transmissions is the contact endurance of the active surface of the tooth. For this reason, the main dimensions of the transmission are determined by the contact tension and by teeth bending.

PL

Przekładnie zębate znajdują szerokie zastosowanie w nowoczesnych maszynach. Chociaż stosuje się także przekładnie elektryczne, to w przemyśle maszynowym stosowane są głównie przekładnie mechaniczne, ponieważ są one niezależne i lepsze od innych rodzajów przekładni. Przekładnie zębate umożliwiają rozprowadzenie mocy między mechanizmami przekładni a różnymi jednostkami roboczymi poszczególnych maszyn, poprzez zmianę kąta pędu i regulację prędkości części. Dzięki temu można zmieniać rodzaj ruchu, włączać i wyłączać mechanizmy oraz zmieniać kierunek mechanizmów przekładni. Jednym z najbardziej powszechnych rodzajów przekładni są przekładnie zębate. Mogą one przenosić dziesiątki tysięcy kilowatogodzin mocy. Przewaga przekładni zębatych nad innymi mechanizmami tego typu tkwi w ich niezawodności, trwałości zębów, wysokiej wartości współczynnika pracy (0,90–0,99), prostej konstrukcji, braku wymogu specjalnego serwisowania, prostocie liczby przełożeń i niewielkich wymiarach. To, czego im brakuje, to zachowanie wysokiej precyzji wykonania i montażu oraz niski poziom hałasu. Głównym kryterium decydującym o sprawności zamkniętych przekładni zębatych jest wytrzymałość styku aktywnej powierzchni zęba. Z tego powodu główne wymiary przekładni zależą od naprężenia stykowego i zginania zębów.