Подвеска насосно-компрессорной трубы является конструктивным элементом, входящим в состав системы подводной добычи. Корпус трубодержателя является основой конструкции подвески насосно-компрессорной трубы и воспринимает скважинное давление и силу тяжести колонны свинченных труб, чья прочность и работоспособность играет решающую роль в обеспечении безопасности процесса добычи. Нарушение структурной целостности конструкции корпуса трубодержателя может вызвать необратимые катастрофические последствия. Недостаточно проработанные инженерные решения по конструктивному исполнению проточной части корпуса трубодержателя могут привести к увеличению местного гидравлического сопротивления, что способствует увеличению энергозатрат по перекачке газлифтовым способом добываемого флюида и, как следствие, снижению коэффициента полезного действия всей линии трубопровода добычи. В этой связи данная статья направлена на выявление степени влияния геометрических параметров проточной части корпуса трубодержателя на прочностные и гидравлические характеристики конструкции. В работе представлены результаты компьютерного моделирования корпуса трубодержателя в эксплуатационных условиях работы методом конечных элементов, а также методом конечных объемов с использованием расчетного комплекса Ansys. При конечно-элементном моделировании напряженно-деформированного состояния корпуса трубодержателя задача рассматривалась в рамках упругой постановки. Методом конечных объемов моделировалось однофазное течение газа при перепаде давления Δp =1 МПа между входом и выходом проточного канала с учетом модели турбулентности k-ɛ. По результатам моделирования были определены прочностные и гидравлические параметры конструкции. Представлены результаты расчетов эквивалентных напряжений, а также коэффициента гидравлического сопротивления для различных типов исполнения проточной части корпуса трубодержателя. Материалы статьи представляют практическую ценность для инженеров, занимающихся проектированием элементов системы подводной добычи.
1. Delescen K., Nicholson M., Olijnik L., Ortiz W., Maia A., Lacourt R., Nunes H. BC-10 Subsea Production System Integrated Approach. In: OTC Brasil, 27-29 October 2015, Rio de Janeiro, Brazil. 2015. https://doi.org/10.4043/26131-MS
2. Yue Y., Liu Z., Zuo X. Integral Layout Optimization of Subsea Production Control System Considering Three-Dimensional Space Constraint. Processes. 2021;9(11). https://doi.org/10.3390/pr9111947
3. Wu J., Zhen X., Liu G., Huang Y. Uncertain Multidisciplinary Design Optimization on Next Generation Subsea Production System by Using Surrogate Model and Interval Method. China Ocean Engineering. 2021;35:609–621. https://doi.org/10.1007/s13344-021-0055-7
4. Woo J.H., Nam J.H., Ko K.H. Development of a simulation method for the subsea production system. Journal of Computational Design and Engineering. 2014;1(3):173–186. https://doi.org/10.7315/JCDE.2014.017
5. Park J.Y., Jo H.J., Lee S.J. Study on Simulation of Subsea Production System. Journal of Ocean Engineering and Technology. 2013;27(3):1–7. https://doi.org/10.5574/KSOE.2013.27.3.001
6. Bai Y., Bai Q. Subsea Engineering Handbook. Gulf Professional Publishing; 2010. 919 p.
7. Luo X., Gu Y., Liu C., Qin R., Zhao H., Duan M. Strength design method for tubing hanger of subsea christmas tree against big temperature difference. China Ocean Engineering. 2014;28:659–670. https://doi.org/10.1007/s13344-014-0052-1
8. Saithala J.R., Kharusi A., Suryanarayana M., Behlani N., Nabhani T. Implications of Failure of Alloy 718 (UNS N07718) tubing hanger in sour well. Engineering Failure Analysis. 2021;120. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2020.105060
9. Kim H., Yang Y., Kim S. Structural Reliability Analysis of Subsea Tree Tubing Hanger. Journal of the Society of Naval Architects of Korea. 2014;51(3):212–219. https://doi.org/10.3744/SNAK.2014.51.3.212
10. Вильнер Я.М., Ковалев Я.Т., Некрасов Б.Б. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам. Минск: Вышэйшая школа; 1976. 416 с.
11. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. Москва: Машиностроение; 1992. 672 c.
Тимофеев Евгений Константинович
Волгоградский государственный технический университет
Волгоград, Россия
