Определение оптимальных геометрических параметров металлического уплотнения подвески насосно-компрессорной трубы
Authors: Тимофеев Е.К. , Годенко А.Е. , Тарасова И.А. 
Published: February 2025

Эксплуатация систем подводной добычи сложных углеводородов сопровождается повышенными рисками возникновения аварийных ситуаций, в частности, возникновения утечек и выбросов в результате потери герметизации между подводной фонтанной арматурой и подвеской насосно-компрессорной трубы. Проявление выбросов и утечек в процессе эксплуатации подводных скважин могут привести к таким необратимым последствиям, как потеря добываемой продукции и нанесение вреда окружающей среде, а также повреждение дорогостоящего оборудования, в результате чего необходим дорогостоящий и технически сложный ремонт. По этой причине в процессе опытно-конструкторских работ по проектированию данного типа оборудования необходимо проводить качественное и эффективное расчетное сопровождение разрабатываемых металлических уплотнений, позволяющее определять их оптимальную геометрию. Авторами разработана математическая модель определения напряженно-деформированного состояния металлического уплотнения подвески насосно-компрессорной трубы с учетом его жесткостных характеристик. Для определения оптимальной геометрии металлического уплотнения использовалась теория качеств, в основе которой общее качество металлического уплотнения оценивалось по его прочности и герметичности. Для герметичности и прочности металлического уплотнения построены частные функции качества, которые объединяются в целевую функцию с помощью функционального среднего Колмагорова-Нагумо. Приведены результаты оптимизации штатных геометрических параметров металлического уплотнения опытного образца подвески насосно-компрессорной трубы по предложенному методу. Информация, содержащаяся в данной публикации, является полезной для специалистов в области инженерии и науки, занимающихся разработкой и исследованием методов обеспечения герметичности подводных соединений с применением металлических уплотнений.

Operation of underwater complex hydrocarbon production systems is accompanied by increased risks of emergency situations, in particular, leaks and emissions due to loss of sealing between the underwater fountain fittings and the tubing hanger. Emissions and leaks during operation of underwater wells can lead to such irreversible consequences as loss of produced products and harm to the environment, as well as damage to expensive equipment, which requires expensive and technically complex repairs. For this reason, in the process of experimental design work on the design of this type of equipment, it is necessary to carry out high-quality and effective calculation support for the developed metal seals, allowing for determining their optimal geometry. The authors have developed a mathematical model for determining the stress-strain state of a metal seal of the tubing hanger, taking into account its rigidity characteristics. To determine the optimal geometry of a metal seal, the theory of qualities was used, based on which the overall quality of a metal seal was assessed by its strength and tightness. For the tightness and strength of a metal seal, particular quality functions were constructed, which are combined into an objective function using the Kolmagorov-Nagumo functional average. The results of optimizing the standard geometric parameters of a metal seal of a prototype of a tubing hanger according to the proposed method are presented. The information contained in this publication is useful to engineering and scientific professionals involved in the development and research of methods for ensuring the tightness of underwater connections using metallic seals.