РОЗРОБЛЕННЯ НОВОГО ФРИКЦІЙНОГО ДЕМПФЕРА НА БАЗІ РОЗІМКНУТОЇ ОБОЛОНКИ ДЛЯ СУЧАСНИХ БУРОВИХ АМОРТИЗАТОРІВ

А. С. Величкович

doi:10.31471/1993-9965-2024-2(57)-25-33

Автор(и)

А. С. Величкович ІФНТУНГ, 76019, Івано-Фрнківськ, вул. Карпатська, 15

DOI:

https://doi.org/10.31471/1993-9965-2024-2(57)-25-33

Ключові слова:

віброзахист, буровий амортизатор, розімкнута оболонка, слабостисливий заповнювач, фрикційна взаємодія, оболонковий демпфер.

Анотація

Сучасні бурові технології спорудження глибоких нафтогазових і геотермальних свердловин вимагають ефективних рішень для зниження вібраційних навантажень на долота та бурові установки. У дослідженні представлено інноваційний фрикційний демпфер для бурових амортизаторів, який розроблено на базі розімкнутої тонкостінної оболонки. Демпфер складається зі стовбура, двох пружинних секцій і фрикційного модуля, що включає розрізану вздовж твірної оболонку та слабкостисливий пружний заповнювач. Пружинні секції та фрикційний модуль працюють паралельно, забезпечуючи сумарне збільшення утримувальної здатності, причому кожна з цих ланок сприймає частку зовнішнього навантаження, пропорційну власній жорсткості. Пропонований пристрій демонструє хороші демпфувальні характеристики, здатний працювати при високих експлуатаційних навантаженнях і при цьому має компактні поперечні розміри. При немонотонному навантаженні такого амортизатора внаслідок контактної взаємодії заповнювача із розімкнутою оболонкою частина енергії, яка підводиться до системи, буде розсіюватись. Іншими словами, у відпо-відь на дію зовнішнього немонотонного навантаження в фрикційному модулі амортизатора виникає явище конструкційного гістерезису. Для оцінки жорсткості та демпфувальних характеристик нового фрикційного демпфера побудовано експериментальні діаграми його деформування. На основі цих діаграм за відомою історією навантаження можна прогнозувати поведінку розглядуваної віброзахисної системи в будь-який момент часу після початку процесу навантаження. У статті також розглянуто конструктивні особливості бурового амортизатора, побудованого на базі розробленого фрикційного демпфера.

Завантаження

Дані завантаження ще не доступні.

Посилання

Jaisee S., Yue F., & Ooi Y. H. A state-of-the-art review on passive friction dampers and their applications. Engineering Structures. 2021. Vol. 235, 112022. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2021.112022

Dutkiewicz M., Velychkovych A., Shatskyi I., Shopa V. Efficient Model of the Interaction of Elastomeric Filler with an Open Shell and a Chrome-Plated Shaft in a Dry Friction Damper. Materials. 2022. 15(13). 4671. https://doi.org/10.3390/ma15134671

Balaji P. S., Karthik Selva Kumar K. Applications of Nonlinearity in Passive Vibration Control: A Review. Journal of Vibration Engi-neering & Technologies. 2020. https://doi.org/10.1007/s42417-020-00216-3

Gao S., Wang Y. An Evaluation Method for Dry Friction Damping of Ring Damper in Gas Turbine Engines under Axial Vibration. Aerospace. 2021. 8(10). 302. https://doi.org/10.3390/aerospace8100302

He, B., Ouyang, H., Ren, X., & He, S. Dynamic Response of a Simplified Turbine Blade Model with Under-Platform Dry Friction Dampers Considering Normal Load Variation. Applied Sciences. 2017. 7(3), 228. https://doi.org/10.3390/app7030228

Pesek, L., Pust, L., Snabl, P., Bula, V., Hajzman, M., Byrtus, M. Dry-Friction Damping in Vibrating Systems, Theory and Application to the Bladed Disc Assembly. In: Jauregui J. (eds) Nonlinear Structural Dynamics and Damping. Mechanisms and Machine Science. 2019, 69. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-030-13317-7_6

Huang, Z., Tan, J., Liu, C., & Lu, X. Dy-namic Characteristics of a Segmented Supercritical Driveline with Flexible Couplings and Dry Friction Dampers. Symmetry, 2021. 13(2), 281. https://doi.org/10.3390/sym13020281

Wahad, H.S., Tudor, A., Vlase, M., Cer-bu, N., & Subhi, K.A. (2017). The effect of friction in coulombian damper. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering, 174, 012021. https://doi.org/10.1088/1757-899X/174/1/012021

Hareen, C. B. V., & Mohan, S. C. Energy-based seismic retrofit and design of building frames with passive dampers. Engineering Structures, 2022. 250, 113412. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2021.113412

Aydin, E., Öztürk, B., & Dutkiewicz, M. Analysis of efficiency of passive dampers in multistorey buildings. Journal of Sound and Vibration, 2019. 439, 17–28. https://doi.org/10.1016/j.jsv.2018.09.031

Paronesso, M., Lignos, D.G. Ex-perimental study of sliding friction damper with composite materials for earthquake resistant structures. Engineering Structures, 2021. 248, 113063. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2021.113063

Rathee, R. (2023). Numerical modeling and simulation of friction models for mechanical systems: A brief review. Materials Today: Proceedings. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2022.12.185

Shatskyi, I., Popadyuk, I., & Velych-kovych, A. (2018). Hysteretic properties of shell dampers. In Dynamical Systems in Applications, Proceedings of the DSTA 2017, Lodz, Poland, 11–14 December 2017; Awrejcewicz, J., Ed.; Springer: Cham, Switzerland, P. 343–350. https://doi.org/10.1007/978-3-319-96601-4_31

Barsotti, R., Bennati, S., & Migliaccio, G. (2024). Non-Linear Dynamics of Simple Elastic Systems Undergoing Friction-Ruled Stick–Slip Motions. Civil Eng, 5(2), 420–434. https://doi.org/10.3390/civileng5020021

Ferrotto, M. F., & Cavaleri, L. (2022). Variable Friction Dampers (VFD) for a modulated mitigation of the seismic response of framed structures: Characteristics and design criteria. Proba-bilistic Engineering Mechanics, 103375. https://doi.org/10.1016/j.probengmech.2022.103375

Lan, X., Wei, G., & Zhang, X. (2024). Study on the Influence and Optimization Design of Viscous Damper Parameters on the Damping Effi-ciency of Frame Shear Wall Struc-ture. Buildings, 14(2), 497. https://doi.org/10.3390/buildings14020497

Velychkovych, A., Bedzir, O., & Shopa, V. (2021). Laboratory experimental study of contact interaction between cut shells and resilient bodies. Engineering Solid Mechanics, 9(4), 425–438. https://doi.org/10.5267/j.esm.2021.5.003

Wang, Q., Shen, H., Zhang, Z., & Qian, H. (2023). Mechanical Behaviors of a Buckling-Plate Self-Centering Friction Damper. Buildings, 13(2), 440. https://doi.org/10.3390/buildings13020440

Bazaluk, O., Slabyi, O., Vekeryk, V., Velychkovych, A., Ropyak, L., & Lozynskyi, V. (2021). A Technology of Hydrocarbon Fluid Production Intensification by Productive Stratum Drainage Zone Reaming. Energies, 14(12), 3514. https://doi.org/10.3390/en14123514

Velichkovich, A.S., & Dalyak, T.M. (2015). Assessment of stressed state and perfor-mance characteristics of jacketed spring with a cut for drill shock absorber. Chem. Pet. Eng., 51, 188–193. https://doi.org/10.1007/s10556-015-0022-3

Tian, J., Yang, Z., Li, Y., Yang, L., Wu, C., Liu, G., & Yuan, C. (2016). Vibration analysis of new drill string system with hydro-oscillator in horizontal well. Journal of Mechanical Science and Technology, 30(6), 2443–2451. https://doi.org/10.1007/s12206-016-0504-z

Velychkovych, A., Petryk, I., & Ropyak, L. (2020). Analytical Study of Operational Properties of a Plate Shock Absorber of a Sucker-Rod String. Shock and Vibration, 2020, 1–7. https://doi.org/10.1155/2020/3292713

Dong, G., & Chen, P. (2016). A Review of the Evaluation, Control, and Application Techno-logies for Drill String Vibrations and Shocks in Oil and Gas Well. Shock and Vibration, 2016, 1–34. https://doi.org/10.1155/2016/7418635

Velichkovich, A., Dalyak, T., & Petryk, I. (2018). Slotted shell resilient elements for drilling shock absorbers. Oil & Gas Science and Techno-logy – Revue d’IFP Energies nouvelles, 73, 34. https://doi.org/10.2516/ogst/2018043

Velichkovich, A. S., Popadyuk, I. I., & Shopa, V. M. (2011). Experimental study of shell flexible component for drilling vibration damping devices. Chemical and Petroleum Engineering, 46(9-10), 518–524. https://doi.org/10.1007/s10556-011-9370-9

Dutkiewicz, M., Golebiowska, I., Shatskyi, I., Shopa, V., Velychkovych, A. (2018). Some aspects of design and application of inertial dampers. MATEC Web of Conf., 178, 06010. https://doi.org/10.1051/matecconf/201817806010

Shats’kyi, I. P., Shopa, V. M., & Velychkovych, A. S. (2021). Development of Full-Strength Elastic Element Section with Open Shell. Strength of Materials, 53(2), 277–282. https://doi.org/10.1007/s11223-021-00286-y

Zuo, Y., & Wu, X. (2017). A comparative study of four rod load reduction techniques for deep-rod pumping. Journal of Petroleum Explo-ration and Production Technology, 8(2), 475–483. https://doi.org/10.1007/s13202-017-0367-6

Velichkovich, A. S. (2005). Shock Absorber for Oil-Well Sucker-Rod Pumping Unit. Chemical and Petroleum Engineering, 41(9-10), 544–546. https://doi.org/10.1007/s10556-006-0015-3

Yongwang, L., Hongning, Z., Yixiang, N., Guojun, L., Wentao, L., & Yiwu, L. (2023). Experiment on the influence of downhole drill string absorption & hydraulic supercharging device on bottom hole WOB fluctuation. Energy Reports, 9, 2372–2378. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2023.01.047

Aarsnes, U. J. F., & van de Wouw, N. (2019). Effect of shock subs on self-excited vibra-tions in drilling systems. Journal of Petroleum Science and Engineering, 181, 106217. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2019.106217

Sharmin, T., Khan, N. R., Akram, M. S., & Ehsan, M. M. (2023). A State-of-the-art Review on for Geothermal Energy Extraction, Utilization, and Improvement Strategies: Conventional, Hybridized, and Enhanced Geothermal Sys-tems. International Journal of Thermofluids, 100323. https://doi.org/10.1016/j.ijft.2023.100323

Landar, S., Velychkovych, A., Ropyak, L., & Andrusyak, A. (2024). A Method for Applying the Use of a Smart 4 Controller for the Assessment of Drill String Bottom-Part Vibrations and Shock Loads. Vibration, 7(3), 802-828. https://doi.org/10.3390/vibration7030043

Yuan, X., Tian, T., Ling, H., Qiu, T., & He, H. (2019). A Review on Structural Development of Magnetorheological Fluid Damper. Shock and Vibration, 2019, article ID 1498962. https://doi.org/10.1155/2019/1498962

Zhanwen, W., Tianming, Z., Zutao, Z., Yanping, Y., & Yujie, L. (2020). A high-efficiency regenerative shock absorber considering twin ball screws transmissions for application in range-extended electric vehicles, Energy and Built Environment, 1(1), 36–49. https://doi.org/10.1016/j.enbenv.2019.09.004

Landar, S., Velychkovych, A., & Mykhailiuk, V. (2024). Numerical and analytical models of the mechanism of torque and axial load transmission in a shock absorber for drilling oil, gas and geothermal wells. Engineering Solid Mechanics, 12(3), 207–220. https://doi.org/10.5267/j.esm.2024.3.002