Ученые Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого – вуза-участника Проекта 5-100, приблизились к решению одной из ключевых проблем шельфовой нефтедобычи, разработав специальный метод неразрушающего контроля состояния элементов буровых установок в нефтяных скважинах, что позволит обеспечить эффективную нефтедобычу и сократить временные и финансовые затраты на ремонт оборудования.
© Пресс-служба СПбПУ
Проблемы развития нефтяной промышленности России связаны, с одной стороны, с достаточно неблагоприятным распределением разведанных запасов нефти, а с другой стороны – с низкой энергоэффективностью добычи нефти и эффективностью самих технологических процессов нефтегазового комплекса — проектирования, изготовления и эксплуатации оборудования и сооружений нефтегазового комплекса и т.д.
Ученые обращают внимание на то, что в настоящее время стало очевидно, что применение традиционных технологий неразрушающего контроля, разработанных для материалов прошлого технологического цикла, становится неэффективным для диагностики современных конструкций из коррозионностойких и высокопрочных конструкционных материалов. Обычные методы ультразвуковой диагностики не обнаруживают микроповреждений, вызванных, например, «усталостью» металла, возникающей при многократной нагрузке и разгрузке конструкции.
Специалисты отмечают, что в настоящее время не существует эффективного метода неразрушающего контроля, позволяющего в результате диагностики делать точные количественные оценки по остаточному ресурсу конструкций. Ярким примером этого является стремительно возросшее число катастроф, связанных со взрывами газопроводов из высокопрочных сталей в нашей стране, а также странах Европы (аварии в Костромской области 14.08.2008г., в Молдавии 01.04.2009г., в Тульской области 20.08.2011г. и другие).
Однако за исследования в этой области с 2013 г. взялись в Санкт-Петербургском политехническом университете Петра Великого. Сложность исследований СПбПУ усугублялась тем, что последние крупные результаты в области неразрушающего акустического контроля были получены зарубежными исследователями более тридцати лет назад, и ограничивались они только случаями упругих деформаций конструкций. В то время как в технической диагностике наиболее интересным является случай пластических – то есть неупругих, необратимых — деформаций конструкций.
Новый метод «акустоповрежденности», разработанный сотрудниками Политехнического университета профессором А. Беляевым, профессором В. Полянским, доцентом А. Семеновым и лучшим выпускником СПбПУ 2018 года, а сейчас аспирантом Дмитрием Третьяковым в рамках гранта Российского научного фонда, основан на исследовании механических напряжений, пластических деформаций и микротрещин в промышленных конструкциях путем применения математических моделей механики разрушения материалов к результатам экспериментальных измерений скоростей ультразвуковых волн.
Данный метод позволяет описать влияние напряжений, пластических деформаций и систем микротрещин на скорости распространения акустических волн, но, что еще важнее, он позволяет дать численные оценки поврежденности во всем объеме конструкции. По словам экспертов, данный метод измерения механических напряжений может быть распространен на широкий класс деформации и получить непосредственное практическое применение в промышленности.
При этом ряд совершенно новых эффектов, которые не были замечены учеными ни за рубежом, ни в нашей стране, а были обнаружены именно Дмитрием Третьяковым, легли в основу этого нового метода, который уже запатентован.
Интерес к применению метода «акустоповрежденности» к неразрушающему контролю лопаток газотурбинных двигателей (лопастей двигателя, приводящих потоки газов в движение) уже проявили представители концерна Siemens. Результаты исследований, полученные для случаев пластической деформации образцов, изготовленных из новейших высокопрочных сталей, подтвердили эффективность метода ученых СПбПУ.
На подходе результаты исследований в области распространения волн в системах, представляющих собой растворы солей различной концентрации, содержащих подвижные неметаллические взвеси. Данные эксперименты направлены на решение одной из нерешенных проблем шельфовой нефтедобычи – на разработку методики неразрушающего акустического контроля состояния бурильных труб в коррозионно-активной среде нефтяных скважин.
Также в ближайшее время в университете аспирант Дмитрий Третьяков вместе с другими учеными приступит к разработке технологии, позволяющей не только определять внутрипластовое давление и внутренние напряжения, как это делает сейчас, например, французская компания Шлюмберже, но и определять внутреннюю структуру пластов и характер их повреждений. Такая технология позволит предсказывать последствия бурения и гидроразрыва пласта, а также даст возможность проводить диагностику работающих скважин. Решение данной задачи имеет большое значение для обеспечения эффективной и безопасной работы энергетического комплекса.
Летом 2018 года Дмитрий Третьяков вошел в число 60 молодых людей, отличившихся успешной учебой, прорывными научными открытиями, активной общественной деятельностью и получил благодарность от губернатора Санкт-Петербурга и знаковый подарок от Совета ректоров вузов Санкт-Петербурга и Ленинградкой области. Кроме того, Дмитрий уже успел стать автором более 50 научных публикаций, индексируемых в Scopus и Web of Science, выступить на крупных международных конференциях, а также выиграть ряд научных конкурсов и грантов.
Источник: Пресс-служба СПбПУ
