U.P.GI.M.E I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela [602970]
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploie ști 2019 pag.1
CUPRINS
I. INTRODUCERE …………………………………………………………………. …………………………. 3
II. ECHIPAMENTE PENTRU MANEVRAREA MATERIALELOR TUBUL ARE
FLEXIBILE ……………………………… ………………………………………… … 7
II.1. Construcția și funcționarea e chipamentelor pentru manevrarea materialelor
tubulare flexibile.. ……………………… ………………………………………………….. …….. 7
II. 2. Materiale tubulare flexibile utilizate în industria petrolieră ………………………… 18
III.
PROIECTAREA TOBEI DE STOCARE A MATERIALULUI TUBULAR
FLEXIBIL CU DIAMETRUL DE 33,7MM ȘI GROSI MEA DE PERETE
DE 3,2MM …………………………………………………………………………………………………….. 21
IV. STUDIU COMPARATIV P RIVIND COMPORTAREA LA ÎNCERCARI
MECANICE A ÎMBINĂRILOR SUDATE CAP LA CAP PRIN PRESIUNE CU
ÎNCĂLZIRE PRIN REZI STENȚĂ ELECTRICĂ A MATERIALULUI TUBULAR
FLEXIBIL CONFECȚIONAT DIN P275NL1 …………………………………………………. 31
IV. 1. Considerații generale …………………………………………………………………………… 31
IV. 2. Tehnologia de sudare cap la cap prin presiune cu încălzire prin rezistență
electrică a materialului tubular flexibil confecționat din P275 NL1 …………… 32
IV. 3. Verificarea calității îmbinărilor sud ate cap la cap prin presiune cu încălzire
prin rezistență electrică a materialului tubular flexibil confecționat din
P275 NL1…………………………………………………………… ………….. ………………….. 42
IV. 3.1. Controlul cu lichide penetrante al îmbinăril or sudate cap la cap …. 42
IV. 3.2. Controlul cu radiații penetrante al îmbinărilor sudate cap la cap … 44
IV. 3.3. Încercarea la tracțiune a îmbinărilor sudate cap la cap ………………. 47
IV. 3.4. Încercarea la aplatisare a îmbinărilor sudate cap la cap ……………… 49
IV. 3.5. Încercarea la duritate a îmbinărilor sudate cap la cap ………………… 50
IV. 3.6. Analiza metalografică a îmbinărilor sudate cap la cap ………………. 52
IV. 4. Concluzii ……………………………………………………………………………………………. 54
V. METODE DE PREVIZIUNE UTILIZATE ÎN STUDIILE TEHNICO –
ECONOMICE. METODA LANȚURILOR LUI MARKOV ……… ……………………….. 56
V. 1. Metode de previziune aplicate în studiile tehnico -economice. …………………… 56
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploie ști 2019 pag.2
V. 2. Metoda lanțurilor lui Markov. Generalități ………………………………………….. .. 62
V. 3. Previziunea indicatorilor de performanță ai materialului tubular flexibil ,
folosind Metoda Lanțurilor lui Markov …………………………………………………. 63
VI. NORME TEHNICE PRIVIND SĂNĂTATEA ȘI SECURITATEA ÎN MUNCĂ ȘI
DE MEDIU …………………………….. …………………………… ……………………………………….. . 76
VI. 1. Modalități de a sigurare a cerințelor ecologice și măsurile de protecție
corespunzătoare ………………………………………………………………………………….. 76
VI. 2. Măsuri generale de protecție ………………………………………………………………… . 77
VI. 3. Măsuri de protecție necesare la locul operației ……………………………………….. 78
VI. 4. Măsuri de siguranță privind executarea îmbinărilor sudate ………………………. . 79
VI. 5. Măsuri de siguranță privind efectuarea testelor pe standul de probă ………….. 79
VII. CONCLUZII, CONTRIBUȚII PERSONALE ȘI DIRECȚII DE CERCETARE ……. 80
VII. 1. Concluzii ……………………………………………………………………………………………. 80
VII. 2. Contribuții personale …………………………………………………………………………… 81
VII. 3. Direcții de studiu ………………………………………………………………………………… 82
BIBLIOGRAFIE ……………………………………………………………………………………………………….. 83
BORDEROU DESENE ……………………………………………………………………………………………… 84
ANEXE …………………………………………………………………………………………………………….. …….. 85
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiesti 2019 Pag.3
Capitolul I
INTRODUCERE
În economia mondială se manifestă tendința trecerii de la orientarea monoenergetică, de
tip petroenergetic, la o orientare plurienergetică, bazată pe intensificarea utilizării cărbunilor și a
energiei nucleare, pe amenajarea întregului potențial hidroenergetic și pe folosirea unor surse
neconvenționale ca: fuziunea nucleară, energia sol ară, a biomasei, a vântului etc.
Cu toate acestea, petrolul și gazele naturale sunt în fruntea ierarhiei materiilor prime și a
purtătorilor pri mari de energie cu utilizare industrială.
Această situație determină extinderea actuală și de perspectivă a ariei geografice a
forajului ș i extracției.
Forajul și construcția sondelor, exploatarea zăcămintelor de țiței și gaze și transportul
produselor sun t bazate pe utilizarea unui volum foarte mare de material tubular, diversificat ca
formă și dimensiuni, cu performanțe la limita superioară a posibilităților tehnice actuale .
În acest sens, lucrarea se aliniază tradiției pe care o are România în domeniul e xploatării
zăcămintelor de țiței, dar și cerințelor mondiale prezente, [1 ], [3].
România are o experiență de peste 150 de ani în industria de petrol și de peste 100 de ani
în industria gazelor naturale, în toate sectoarele de activități specifice și anume;
geologie și geofizică ;
exploatarea zăcămintelor;
forajul sondelor , exploatarea țițeiului și a gazelor;
prelucrarea hidrocarburilor ;
colectarea, transportul, depozitarea și distributia: țițeiului, gazelor și produselor
petroliere;
protecția mediului;
cercetarea științifică, proiectare, educație și formarea cadrelor de specialiști, [2].
Anul 1857 este considerat ca dată oficială de naștere a industriei românești de petrol
deoarece România a marcat, în premieră mondială, trei evenimente de excepție, și anume:
prima țară din lume înregistrată oficial în statisticile mondiale (The Science of
Petroleum) cu o producție de 275 tone de țiței;
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiesti 2019 Pag.4
rafinăria construită de frații Mehedințeanu, la Râfov își începe activitatea de
prelucrare a țițeiului;
orașul București, devine primul oraș din lume iluminat public cu petrol lampant,
produs a l rafinăriei din Râfov, [5 ].
Fig. 1.1. Diagrama utilizării materiilor prime în România , [7].
Compania ploieșteanǎ care a scris istoria petrolului în Romania este Compet S.A. care a
realizat primul transport de țiței, prin conducte în anul 1901 , iar la ora actuală opereaza o rețea de
conducte cu o lungime de 3.800 kilometri, care s -a construit, dezvoltat și modern izat pe
parcursul a 113 ani, [1 ] ,[3].
În industria de petrol și gaze din România, începând cu anul 1989 s -au petrecut schimbări
majore. Una dintre schimbările pozitive a fost și cea a importului utilajelor de înaltă performanță.
Din această categorie fac parte și echipamentele pentru manevrarea tubingului flexibil (EMT F).
Materialul tubular flexibil este un tubing neconvențional, care este manipulat cu ajutorul
echipamentului pentru manevrarea tubingului flexibil (EM TF) – instalația Coiled Tubing, [2].
Tubingurile flexibile, din punct de vedere al diametrelor exterioare, au o gamă diversificată de
fabricare, ceea ce a permis stabilirea unor priorități în utilizarea acestora. Frecvența de utilizare
pe plan mondial a tubingurilor flexibile este reprezentată în fig. 1.2.
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiesti 2019 Pag.5
Fig.1 .2. Frecvența de utilizare a tubingurilor flexibile în f uncție
de diametrul exterior al acestora, [5] .
În acest context, în lucrare se prezintă studiul privind comportarea la încercări mecanice a
îmbinărilor sudate cap la cap prin presiune cu încălzire prin rezistență electrică a materialului
tubular flex ibil confecționat din P275 NL1, cu diametrul de 33,7mm.
În cel de -al doilea capitol al lucrării sunt prezentate principalele tipuri de echipamente
pentru manevrarea tubingului flexi bil și operațiile ce se pot efectua cu acestea.
În capitolul trei sunt prezentate calculele corespunzătoare proiectării tobei de stocare a
tubingului flexibil cu diametrul de 33,7mm și grosimea de perete de 3, 2mm.
Studiul comportării la încercări mecanice a îmbinărilor sudate cap la cap prin presiune cu
încălzire prin rezistență electrică a materialului tubular flexibil confecționat din P275 NL1 se
constituie în cel de -al patrulea capitol al lucrării.
Capitolul cinci este alocat studi ului economic și se referă la utilizarea Metodei Lanțurilor
lui Markov în studiile de previziune a indicatorilor de performanță ai materialului tubular
flexibil.
3% 8% 30%
25%
20%
6%
3% 4%
2%
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiesti 2019 Pag.6
Capitolul șase cuprind e normele tehnice pr ivind sănătatea și securitatea în muncă, iar
capitol ul șapte cuprinde concluziile, contrib uțiile personale și direcțiile de studiu.
Prezentul proiect se dorește a se constitui într -un material util în studiile referitoare la
comportarea în exploatare a materialului tubular flexibil.
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diploma Cărnuță Ștefania Petronela
Ploie ști 201 9 pag.7
Capitolul II
ECHIPAMENTE PENTRU MANEVRAREA MATERIALELOR
TUBULARE FLEXIBILE
II.1. Construcția și funcționarea echipamentelor pentru manevrarea
materialelor tubulare flexibile
Perfecționarea metodelo r de extracție a țițeiului și a gazelor constituie o problemă
import antă și actuală. Ea rezultă din necesitatea dezvoltării sub aspect științific și tehnic a
industriei extractive de petrol la nivelul c erințelor actuale și de viitor. În acest context, este o
certitudine utilizarea pe plan mondial a instalațiilor de manevrare a tubingului flexibil (material
tubular, fără îmbi nări filetate, confecționat din oțeluri care se caracterizează prin proprietăți
mecanice și caracteristici chimi ce ce îi conferă posibilitatea rulării repetate pe tobă de stocare).
Domeniile de utilizare ale materialelor tubulare flexibile sunt multiple și într -o continuă
dezvoltare. Dintre utilizările materialelor tubulare flexibile se remarcă , [11]:
forajul convențional ;
forajul dirijat;
forajul marin (offshore);
transportul petrolului sau gazelor.
Utilizarea materialelor tubulare flexibile în foraj a început în anul 1964, când a fost
produs primul echipament de manevrare a tubingului flexibil (produs de compania Brown Oil
Tools). Echipamentul a fost proiectat pentru manevrarea tubingului flexibil cu diametrul exterior
de 19 mm și modificat ulterior p entru diametre de 25,40 mm, [3], gradul de utilizare a EMTF –
lor pe plan mondial este reprezentat în figura 2.1.
În timp ce industria americană a echipamentelor pentru manevrarea tubingurilor flexibile
a continuat să avanseze în domeniul lucrărilor de intervenție, compania canadiană Flex Tube
Service Ltd. a lansat ideea forajului cu tubingul flexibil. În 1967 a încep ut forarea primei
sonde (457 m adâncime și 159 mm diametru), utilizând o garnitură continuă de tubing flexibil cu
diametrul exterior de 60,35 mm, constituită prin sudarea de tronsoane de țeavă c u lungimea de
12 m ( X42) și înfășurată pe o tobă de sto care cu diametrul de 3900 mm, [17].
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diploma Cărnuță Ștefania Petronela
Ploie ști 201 9 pag.8
Fig. 2.1 . Procentul de utilizare a EMTF pe plan mondial , [7].
Echipamentele pentru manevrarea tubingurilor flexibile se utilizează și în domeniul
forajului dirijat (devierea traiectoriei sondei după un program stabilit, pentru a se ajunge la talpa
sondei care este situată la o distanță determinată față de verticala care trece prin centrul capului
injector), [3]. Un astfel de echipame nt este prezentat în figura 2.2 .
Fig. 2.2. Echipament pentru manevrarea tubingurilor flexibile, utilizat la forajul dirijat, [7].
46,3%
12,1%
11,8% 8,3% 7,7%
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diploma Cărnuță Ștefania Petronela
Ploie ști 201 9 pag.9
Descoperirea de noi câmpuri petrolifere, depărtate de țărm, a impus găsirea de soluții
constructive compatibile cu condițiile de lucru din larg. În figura 2.3 este repre zentată repartiția
pe glob a rezervelor offshore de petrol.
Fig. 2.3 . Repartiția pe glob a r ezervelor offshore de petrol, [17 ].
Apărut în urmă cu peste șapte decenii, forajul marin a avut o arie de răspândire cu totul
neînsemnată până în jurul anilor ’50 din secolul trecut, când au început să se execute lucrări
sistematice în ape cu adâncimi de peste 200 m
Forajul marin implică costuri ridicate pentru construirea unei platforme, de aceea se
apelează, de multe ori la tehnica forajului dirijat și în concluz ie forarea mai multor puțuri de la o
singură locație. Forajul dirijat se mai utilizează pentru a poziționa sau nu sonda în planul faliei,
evitându -se riscul ca traiectoria sondei să traverseze acest plan, care în caz de cutremur poate
provoca distrugerea c oloanei de tubaj datorită alunecării planurilor formațiunilor geologice.
Uneori traiectoria sondei nu poate fi verticală. în acest caz, echipamentul se amplasează
într-o zonă accesibilă și efectuează forajul dirijat pe sub obstacol. [3].
Instalațiile pentr u forajul marin sunt constituite din două elemente distincte: platforma și
instalația de foraj.
Platforma de foraj marin reprezintă o construcție hidrotehnică destinată susținerii
echipamentelor necesare realizării forajului în câmpurile petrolifere subm arine și care, în timpul
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diploma Cărnuță Ștefania Petronela
Ploie ști 201 9 pag.10
lucrului, este fixată de fundul mării, se sprijină pe acesta sau plutește. Ea este compusă din două
părți principale:
structura de bază;
corpul platformei.
Un tubing flexibil, indiferent de adâncimea la care a fost instalat, este supus unor
solicitări complexe, statice și dinamice, care pot fi gen erate fie de sarcini (forțe sau momente)
datorate unor influențe externe (efecte gravitaționale), fie de existența unor deformații impuse
sau împiedicate (datorate variațiilor d e temperatu ră), care, la rândul lor, pot fi modelate prin
introduc erea unor sarcini suplimentare, [17 ].
Principalele solicitări funcționale, în cazul unui tubing flexibil, sunt următoarele:
tracțiunea și compresiunea, sub acțiunea greutății proprii a tubingului flexibil și
eventuale solicitări axiale la tracțiune;
presiune a interioară;
presiu ne exterioară;
solicitări de tip static ;
solicitări datorate deplasărilor împiedicate, provocate de solicitări de tip rezidual
sau remanente, datorate curbării tubingului f lexibil pe toba de stocare și/sau pe
dispozitivul de ghidare al echipamentului de manevrare a tubingului flexibil
(EMTF) sau curburii sondei.
Din analiza critică a cercetărilor teoretice și experimentale efectuate până în prezent a
rezultat că încovoierea tubingului flexib il pe toba de stocare și/sau pe dispozitivul de ghidare al
EMTF -ului determină deform area materialului tubular peste limita de elasticitate , indiferent de
valorile forței axiale și a presiunii interioare de lucru, [14 ].
Deoarece pentru un tubing flexibil, încărcarea axială, pres iunea de circulație a fluidului
de lucru și momentul de încovoiere la manevrarea peste dispozitivul d e ghidare al EMTF -ului în
cursul unui ciclu de lucru nu se modifică sub stanțial, solicitările datorită acestora pot fi admise ca
fiind constante.
Echipamentele pentru manevrarea materialului tubular flexibil, (EMTF), sunt instalații
transportabile de foraj – extracție – intervenție.
În figura 2.4 sunt prezentate principalele elemente componente ale unui EMTF.
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diploma Cărnuță Ștefania Petronela
Ploie ști 201 9 pag.11
Fig. 2.4. Elementele componente ale EMTF , [7].
Echipamentele pentru manevrarea tubingurilor flexibile conferă avantaje majore în
comparați e cu instalațiile convenționale, [2], [4], [5]:
fiabilitate ridicată în exploatare;
posibilitatea utilizării unui echipament mixt (convențional – neconvențional);
computerizarea operațiilor;
scăderea costurilor de exploatare și service prin reducerea timpului util de lucru .
Principalele elemente ale unui echipament pentru manev rarea tubingului flexibil sunt:
capul in jector de tubing flexibil;
dispozitivul de ghidare;
sistemul tobă de stocare (manevră) – depănător de tubing ;
ansamblul prevenitoarelor de erupți e – APE .
Capul injector (fig. 2.5 ) manipulează garnitura de tubing continuu, utilizând două lanțuri
așezate față în față, acționate de motoare hidrostatice cu pistoane radiale și presate pe tubing
(prin intermediul unor patine metalice) cu ajutorul uno r motoare hidrostatice liniare.
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diploma Cărnuță Ștefania Petronela
Ploie ști 201 9 pag.12
Fig. 2.5. Cap injector, [7] :
1 – dispozitiv de ghidare pentru tubing; 2 – curea; 3 – ansamblu injector; 4 – carcasă metalică;
5 – ansamblu de strângere; 6 – patine metalice; 7 – supape de siguranță; 8 – supape izolate de control
debit; 9 – picioare suport stabile; 10 – țeavă berbec; 11 – flanșă; 12 – roată; 13 – cutie de etanșare.
Lanțurile de manevră ale ansamblului in jector, prezentate în figura 2.6 , sunt compuse,
fiecare, din câte două lanțuri cu role (cu zale scurte distribuite pe un rând), care au rolul de a
prelua fluxul de putere prin angrenare cu roțile de lanț și o serie de blocuri profilate (funcție de
diametrul exterior al tubingului flexibil), interblocabile, montate între verigile celor două lanțuri.
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diploma Cărnuță Ștefania Petronela
Ploie ști 201 9 pag.13
Fig. 2.6 . Lanț cu role și zale scurte, [10]:
1,5-eclise; 2 -bucșe; 3-role; 4 -boluțuri; p -pasul lanțului.
Blocurile profilate sunt prevăzute cu bacuri demontabile (se evită înlocuirea întregului lanț
uzat, același lanț pentru mai multe dimensiuni de tubinguri flexibile etc.) și sunt încărcate cu
carburi metalice, pe s uprafața care vine în contact cu tubingul iar pe partea opusă, prezintă un
sistem de role, care vin în contact direct cu patinele metalice de presare (se evită uzarea
prematură a blocurilor profilate). Partea superioară a injectorului se conectează la supo rtul de
ghidare, sub formă de arc, al tubingului flexibil, iar partea inferioară, prin intermediul unei cutii
de etanșare, la ansamblul prevenitoarelor de erupție – APE.
În partea inferioară a capului injector există un dispozitiv hidraulic, conectat la panoul de
control, utilizat pentru monitorizarea greutății tubingului și a forței de extragere din sondă.
La capetele injectoare ale echipamentelor pentru manevrarea tubin gurilor flexibile avansate,
folosite pentru conducerea de scule în sondă, este utilizat un dispozitiv hidraulic, cu dublă
acțiune, care măsoară în plus, și forța de împingere a tubingului în sondă.
Ansamblul sistemului de ghidare cuprinde o serie de role p rofilate, montate pe o structură
arcuită de oțel și cu o rază aproximativ egală cu raza de înfășurare a tubingului pe toba de
stocare. Tubingul este ghidat dinspre toba de stocare, spre capul injector, prin intermediul
depănătorului suportului de ghidare.
Toba de stocare este un tambur de oțel, cu diametrul util de 1200 mm… 3300 mm și
diametrul flanșelor de 2300 mm… 4600 mm, acționat de un motor hidrostatic rotativ (montat pe
arborele tobei sa u pe o platformă separată), [4].
In figur 2.7 este prezentat ă toba de stocare și modul de înfăsurare a cablului pe toba
aceasta.
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diploma Cărnuță Ștefania Petronela
Ploie ști 201 9 pag.14
Motorul asigură o întindere constantă a tubingului, în cazul manevrării și frânarea
automată a tobei (frână hidraulică), în caz ul ruperii tubingului flexibil.
Acesta este ghidat cu ajutor ul unui depănător, care asigură alinierea acestuia la
înfășurarea și desfășurarea de pe tobă.
Depănătorul este acționat de un sistem principal, care utilizează motorul de acționare a
tobei și care asigură deplasarea controlată a acestuia, în funcție de ung hiul de rotație al tobei și
un sistem auxiliar de suprareglare, ce utilizează un motor hidraulic, pentru a regla poziția
depănătorului, în funcție de modul în care este bobinat tubingul.
Fig. 2.7 . Toba de manevră și modul de înfasurare a cablului pe aceasta , [18] :
1 – tubing flexibil; 2 – frână; 3 – motorul tobei de manevră ; 4 – diametrul flanșei; 5 – contor;
LTM-lungimea activă a tobei de manevră ; dc- diametrul cablului.
Ansamblul prevenitoarel or de erupț ie are funcția de susținere – forfecare tubing – izolare
sondă.
Ansamblul prevenitoarelor de erupție cuprinde patru prevenitoare de erupție cu plungere,
acționate hidraulic sau manual, proiectate pentru o presiune minimă de 68 MPa.
În figura 2.8 sunt prezentate componentele instalației de prevenire a erupțiilor, folosită pe
EMTF.
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diploma Cărnuță Ștefania Petronela
Ploie ști 201 9 pag.15
Fig. 2.8. Componentele instalației de prevenire a erupțiilor , folosită pe EMTF, [13]:
1- prevenitor de erupție orizontal; 2 – prevenit or de erupție vertical; 3 – flanșă dublă ;
4 – manifold de erupție; 5 – instalație de acț ionare; 6 – pupitru de comandă.
În figura 2.9 este prezentat prevenitorul de eruptie – APE, iar în tabelul 2.1 sunt
prezentate elementele componente ale acestuia.
Fig. 2.9 . Prevenitor de erupție – APE, [24].
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diploma Cărnuță Ștefania Petronela
Ploie ști 201 9 pag.16
Tabelul 2.1. Tipuri de prevenitoare de erup ție, [2].
Prevenitorul pentru închiderea totală se utilizează, în cazurile extreme, când sonda scapă
de sub control. Etanșarea totală se realizează prin comprimarea, între ele, a unor elemente, situate
în capetele plungerelor, confecționate din elastomeri, (rezistență ridicată la acțiunea H2S și la
temperaturi de 300C … 2000C), [ 13].
Prevenitorul pentru forfecat tubing este utilizat pentru tăierea prin forfecare a materialului
tubular, în cazul prinderii acestuia sub ansamblul APE, sau în cazul îndepărtării echipamentului
de suprafață (țevi de extracție, coloane suspendate pentru sifonări etc.). Lamele pentru tăiere sunt
fixate rigid în capetele plungerelor, [13].
Prevenitoarele cu bacuri sunt prevăzute cu dinți unidirecționali, al căror profil împiedică
deplasarea tubingului când se dorește suportarea greut ății garniturii. Posibi litatea ejectării
tubingului, în situația existenței unor presiuni mari în sondă, este eliminată de inchiderea
prevenitorului. Nr.
crt.
Tipul prevenitorului
Componente
Schița
1.
Prevenito r pentru
închidere totală
1-etanșare frontală ;
2-corpul plungerului;
3-etanșare laterală.
2.
Prevenit or pentru
forfecat tubing
1-corpul plungerului;
2-lamă tăietoare .
3. Prevenitor cu bacuri
1-șină de ghidare;
2-bacuri cu dinți;
3-știft;
4-corpul plungerului .
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diploma Cărnuță Ștefania Petronela
Ploie ști 201 9 pag.17
Prevenitorul pentru închidere pe tubing este echipat cu elemente de etanșare, executate
din elastomeri, ce au forma și dimensiun ile corespunzătoare diametrului exterior al tubingului
utilizat, [13].
Compartimentele plungerelor prevenitorului pentru închidere totală și a c elui pentru
închidere pe tubing sunt prevăzute cu canale de comunicare, ce permit egalizarea presiunii
diferenți ale în ordinea activării lor.
Prevenitoarele pentru închidere totală și cel pentru forfecat tubing sunt separate de
prevenitoarele cu bacuri și de închidere pe tubing , printr -o “linie de omorâre”. Partea superioară
a APE se conectează la cutia de etanșare a capului injector, iar partea inferioară la teul liniei de
retur.
În figura 2.10 este prezentat echipamentul adițional al instalației utilizate pentru
manevrarea tubungului flexibil.
Fig. 2.7. Echipamentul adițional al instalației utilizate pentru manevrarea
tubungului flexibil, [23].
În completarea componentelor de bază ale echipamentului pentru manevrarea
materialului tubular flexibil, descrise anterior, există echipamentul adițional instal ației: sursa
hidraulică de putere, pupitrul de comandă – control, structura de susținer e a capului injector, etc
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diploma Cărnuță Ștefania Petronela
Ploie ști 201 9 pag.18
II.2. Tubingul flexibil
Pe plan mondial, la fabricarea tubingurilor flexibile se utilizează următoarele categorii de
materiale: oțeluri carbon slab aliate de înaltă rezistență, oțeluri inoxidabile, aliajele de titan, aliaje
pe bază de nichel și compozitele. În tabelul 2.2 sunt pr ezentate tipodimensiunile celor mai
utilizate tubinguri flexibile (X70 și X80).
Tubingurile flexibile sunt confecționate, în proporție de peste 85% din oțeluri carbon slab
aliate de înaltă rezistență (HSLA – High Strength Low Alloy – A 606/4).
Tabelul 2.2. Tipodimensiunile tubingurilor flexibile X70 și X80 , [5].
X70 X80
Diametrul exterior
[mm] 25,42…88,90 25,42…88,90
Grosimea de perete nominal ă [mm] 2,03…5,16 2,03…5,16
Limita de curgere, Rp 02 [N/mm2] 7345…66815 9440…85910
Rezistența la rupere [N/mm2] 8390…76365 8390…76365
Presiunea de curgere [MPa] 35…116 45…133
Presiunea de test [MPa] 28…93 45…106
Presiunea de spargere [MPa] 43…129 69…144
Presiunea de turație [MPa] 17…105 48…138
Momentul de curgere [Nm] 390…16661 390…16661
Momentul de rupere [Nm] 520…17281 446…14812
Destinațiile utilizării materialului tubular flexibil și cerințele specifice fiecărei destinații
sunt, [3]:
sonde de mare adâncime , ce impun rezistență la rupere și limită de curgere
ridicată. Creșterea rezistenței la tracțiune și a limitei de curgere depind de
adâncimea sondei. Această cerință se rezolvă prin creșterea gradului de aliere a
oțelului si aplicarea unui tratament termic riguros controlat;
condiții de exploatare ce necesită rezistență ridicată la turtire . Rezistența la turtire
este determinată de un complex de factori:
* uniformitatea caracteristicilor mecanice pe circumferința și pe lungimea
produsului;
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diploma Cărnuță Ștefania Petronela
Ploie ști 201 9 pag.19
* raportul dintre diametrul exterior si grosimea de perete;
* abaterile de la circularitate (ovalitatea);
* tensiunile reziduale;
* coaxialitatea diametrului exterior și interior (uniformitatea grosimii
de perete).
Asigurarea unei rezistențe ridicate la turtire impune restricții deosebit de riguroase
tehnologiei de fabricație, precizie dimensională ridicată privind abaterile de formă (coaxialitatea
diametrului exterior și interior) și grosime a peretelui. Abaterile d e la circularitate (ovalitate)
caracterizează tubingul flexibil în procesul de fabricație, dar pot apărea și în timpul exploatării
datorită ciclurilor d e încovoiere la care este supus.
sonde acide care impun rezistență ridicată la fisurare sub tensiune în medii H 2S.
Odată cu creșterea rezistenței oțelurilor, crește susceptibilitatea la fragilizare și
rupere sub acțiunea hidrogenului în sondele acide cu H 2S. Asigurarea rezistenței
la SSC impune controlul următorilor factori:
* metalurgici: rezistența (duritatea), compoziția chimic ă, microstructura,
deformarea plastică la rece, ș.a.;
* de mediu: concentrația H2S, pH -ul soluției apoase, temperatura,
presiunea.
Creșterea rezistenței materialului din care este confecționat tubingul flexibil este limitată
datorită efectului negativ asupra rezistenței la fisurare sub tensiune în medii H2S. De asemenea,
utilizarea oțelurilor cu rezistență scăzută este limitată, deoarece acestea sunt susceptibile la
ruperea în trepte pe grosimea materialului (HIC) sau la blist ering. În timpul exploatării, datorită
rulării pe toba de manevră și pe arcul de ghidare, tubingul flexibil suferă deformații plastice.
Rularea la rece reduce rezistența la fisurare su b tensiune în medii H2S a oțelurilor , [8].
sonde amplasate in zone cu tempera turi scăzute (sub zero grade). Pentru
exploatarea materialului tubular în zone cu temperaturi scăzute, se urmărește
obținerea unor valori mari ale energiei de rupere la temperaturile de exploatare
pentru a suporta solicitările dinamice propuse în timpul ex ploatării. Tratamentele
de călire și rev enire practicate la fabricarea tubingului flexibil asigură, atât o
valoare corespunzăto are pentru limita de curgere, cât și o tenacitate bună la
temperaturi scăzute;
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diploma Cărnuță Ștefania Petronela
Ploie ști 201 9 pag.20
sonde cu continut de CO2 – Cl și CO2 – H2S – Cl. Coroziunea în medii cu CO2,
cu CO2 cu cloruri, H2S și cloruri impune înlocuirea oțelurilor car bon cu oțeluri
înalt aliate sau folosirea inhibitorilor de coroziune. În cazul tubingului flexibil,
soluția constă în utilizarea aliajelor rezistente la cor oziune, care pot fi utilizate în
medii de CO2, H2S și alți agenți corozivi. Cele mai utilizate sunt aliajele pe bază
de titan, care, în plus, prezintă avantajul greutății specifice reduse.
Tubingurile confecționate din tit an sunt, în general, utilizate în medii agresive, acolo
unde este cerută o rezistență ma re a materialului și o rezistență bună la coroziune. Până în
prezent s -au fabricat tubinguri din titan în gama de diametre exte rioare 19 mm… 114,3 mm, [ 9].
Există posibilitatea utilizării oțelurilor i noxidabile, (22 -25 Cr, C 276), cu valori ale limitei
de curgere de peste 1034 N/mm2 și a materialelor compozite (fibrele de sticlă).
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiești 2019 pag. 21
Capitolul III
PROIECTAREA TOBEI DE STOCARE A MATERIALULUI
TUBULAR FLEXIBIL CU DIAMETRUL DE 33,7MM
ȘI GROSIMEA DE PERETE DE 3, 2MM
Agregatul tobei de stocare se compune din: rola de înfășurare, sistemul de acționare cu
motor hidrostatic – reductor, sistem ul de aranjare a înfășurării și manifoldul de conectare la
tubingul flexibil și sania de montaj.
În urma experienței acumulate privind rezistența la oboseală a materialului, ca urmare a
ciclurilor de solicitare multiaxiale datorate tracțiunii, înfășurării (diametru tobă, ghidaj, cap
injecție) și presiunii interne sau externe, firmele constructoare de unități cu tubing flexibil
recomandă valorile diametrelor tobelor, în funcție de dimensiunea tubingului, conform celor
prezentate în tabelul 3.1 .
Tabelul 3.1. Valorile recomandate ale diametrelor tobelor,
în functie de dimensiunea tubingului flexibil, [7].
Diametrul tubingului flexibil, [mm] Diametrul tobei, [mm]
19,050…31,750 1220
31,750…38,100 1524…1828
38,100…60,325 2080…2286
60,325…73,025 2400…304 8
73,025…88,900 2540…3680
Deoarece sondele în producție sunt prevăzute în majoritate cu țevi de extracție de 73 mm,
având diametrul interior de 62 mm, tubingul flexibil care se poate manevra prin acest diametru
interior are diametrul e xterior cuprins între 19,1 mm… 50,8 mm, maxim 60 ,3 mm .
Mai rar utilizate pentru operații speciale, ce au în vedere montarea acestora ca țevi de
extracție în sonde, linere de producție sau în lucrări de foraj, sunt tubingurile flexibi le cu diametrele
cuprinse între 73,02… 88,90 mm, [7].
În scopul proiect ării tobei de stocare a tubingului flexibil, se consideră caracter isticile
tehnice din tabelul 3.2 .
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiești 2019 pag. 22
Tabelul 3.2. Caracteristici tehnice necesare proiect ării tobei de stocare
a tubingului flexibil, [16].
Diametrul tubingului flexibil, [mm] 33,70 38,10 44,45 50,80 60,30
Grosimea de perete, [mm] 3,20 3,17 3,4 3,96 3,96
Capacitatea de înfășurare, [m] 5600 4600 3414 2590 1800
Limita de curgere a materialului
tubingului flexibil 350 – 700 N/mm2
Grosimea peretelui tubingului 3,17…5,15 mm
Presiunea maximă de lucru 70 MPa
Puterea de acționare 45 kW
Transmisia Hidrostatică
Tracțiunea la înfășurarea t ubing ului
flexibil:
– la primul val;
– la ultimul val. 0…16500…27000 N
0…10800…17700 N
Viteza de înfășurare a tubingului
flexibil:
– la primul val;
– la ultimul val 0…15 m/s
0…2 m/s
Diametrul / lățimea tobei 1930 / 1780 mm
Diametrul flanșei tobei 3020 mm
Sistem de acționare:
– varianta A;
– varianta B. – cu motor hidrostatic lent, reductor planetar cu o
treaptă și transmisie cu lanț ;
– cu motor hidrostatic lent și reductor planetar cu
două trepte, amplasat în arborele tobei .
Motor hidrostatic tip OMV 630
Debitul / presiunea maximă de lucru
la motorul hidrostatic 184 l / min / 18 MPa
Raportul de tra nsmitere a transmisiei
mecanice :
– varianta A ;
– varianta B. 20,2
20,2
Turația tobei 0…15 rpm
Sistem de aranjare a înfășurării
tubingului flexibil – cu dublă acționare atât de la tobă, cât și
independent, de la un motor hidrostatic
Număr de linii de injecție 2
Diametrul nominal al liniei de in jecție /
presiunea de lucru 50.8 mm / 70 MPa
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiești 2019 pag. 23
Parametrii de bază care definesc acest subansamblu, pot fi grupați astfel:
1. parametrii funcționali:
a) diametrul tubingului flexibil;
b) viteză de înfășurare;
c) tracțiunea în tubingul înfășurat.
2. paramet rii constructivi:
a) capacitatea de înmagazinare;
b) diametrul tobei;
c) lățimea tobei / lățimea flanșei.
Din analiza datelor de catalog ale agregatului rolă de înfășurare a tubingului flexibil, rezultă
că raportul între lățimea tobei de stocare (rolei) și diametrul de înfășurare are valorile între 0,92 și
1,25, iar raportul dintre diametrul exterior al flanșei rolei și diametrul de înfășurare are valorile
cuprinse între 1,4 și 1,57. În acest context s -au calculat diametrul de înfășurare, diametrul flanșei
rolei și lățimea tobei, în funcție de diametrul tubingului flexibil. Datele obținute su nt centralizate
în tabelul 3.3.
Tabelul 3.3. Valorile diametrului de înfășurare, diametrului flanșei rolei și lățimii tobei,
calculate în funcție de diametrul tubingulu i flexibil, [16].
În scopul proiectării tobei de stocare a tubingului flexibil, cu diametrul exterior de
33,7mm și grosimea de perete de 3,2mm, se aleg următoarele dimensiuni pentru rola de Diametrul tubingului
flexibil Diametrul de
înfășurare Diametrul flanșei
rolei Lățimea rolei
[mm] [mm] [mm] [mm]
19,05…31,75 1700 2380…2670 1560…2100
31,75…60,32 2000 2800…3140 1840…2500
60,32…88,90 2870 4020…4500 2640. ..3580
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiești 2019 pag. 24
înfășurare: diametrul de înfășurare D0 = 2030 mm, lățimea rolei Lt = 1870 mm, diametrul
flanșei Df = 2920 mm.
În tabelul 3.4 se prezintă capacitățile de înfășurare pe rolă, în funcție de dimensiunea
tubingului flexibil, calculate cu ajutorul relațiilor:
Diametrul primului val se calculează cu relația , [7]:
.d D Dtf r 1
(3.1)
Diametrul ultimului val se calculează cu relația , [6]:
,d1u 0,932 d D Dtf tf r n
(3.2)
unde: Dr = diametrul rolei;
dtf = diametrul tubingul ui;
u = numărul de valuri.
Lungimea totală de înfășurare a tubingului se calculează cu relația , [7]:
.2u
dLd1u 0,932 2d 2Dπ L
tft
tf tf r t
Tabel 3.4. Capacitățile de înfășurare a tubingurilor flexibile pe toba de stocare, în funcție de
diametrele m aterialului tubular.
Diametrul exterior al tubingului flexibil , [mm]
33,70 38,10 , [7] 44,45 , [7] 50,8, [7] 60,3, [7]
Grosimea peretelui tubingului
flexibil [mm] 3,20 3,17 3,40 3,96 3,96
Masa specifică [kg/m] 2,670 2,734 3,440 4,576 5,507
Număr de valuri – 14 13 12 10 9
Diametrul
primului val, D 1 [mm] 2063,70 2068,10 2074,45 2080,80 2090,30
Diametrul
ultimului val , D n [mm] 2878,56 2918.49 2983,90 2931,92 2987,56
Capacitatea de înfășurare pe rolă ,
Lt [m] 6030 4997 4011 2898 2226
Masa tubingului [kg] 14514 13662 13523 13261 12258 (3.3)
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiești 2019 pag. 25
Trebuie ca arborele tobei să asigure un moment de torsiune superior momentului
încovoietor, care apare la înfășurare, la raza de curbură respectivă, pentru a înfășura tubingul
flexibil pe tobă.
În ipoteza că deformația fibrei medii a tubingului are loc pe un arc de cerc, considerând
tubingul ca o bară solicitată la încovoiere, la un moment de încovoiere constant, rezultă raza de
curbură , [7]:
.IEM
RI
z (3.4)
Pentru primul val, expresia momentului teoretic de încovoiere necesar, se calculează cu
relația , [7]:
.DI2EM
1z
t (3.5)
Tubingul flexibil este un tub cu pereți subțiri conform criteriului , [9]:
0,006,DsK
m
(3.6)
unde: s = grosimea peretelui;
mD = diametrul mediu al tubingului flexibil.
Experimental s -a stabilit că îndoirea unui tub se poate face fără suport, dacă este îndeplinită
condiția , [7]:
.K 0,2 9,52DRr
m (3.7)
Pentru îndoirea unei țevi pe un suport , experimental este necesar momentul de îndoire , [7]:
, RWrK KM2,02 1
t p
(3.8)
unde: R p0,2 reprezintă rezistența la curgere a oțelului materialu lui tubular flexibil, N/mm2;
W reprezintă modulul de rezistență al secțiunii materialului tubular flexibil, N/mm2;
K1, K2 reprezintă coeficienți, (K 2 5).
Valorile coeficientului K 1 sunt centralizate în tabelul 3.5.
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiești 2019 pag. 26
Tabelul 3.5. Valo rile coeficientului K 1, [23].
K K1
0…..0,05 1,3
0,06…..0,12 1,4
0,13…..0,20 1,5
Din analiza valorilor obținute pentru momentul teoretic de îndoire și momentul de îndoire
experimental, se observă că acestea sunt apropiate.
Ca urmare, se vor considera în calculele ce urmează valorile momentului de îndoire
experimental.
Forța de înfășurare a tu bingului flexibil la primul val, se va calcula cu relația, [7].
Fî=2M t
D1,(N) (3.9)
În tabelul 3.6 se prezintă momentul experimental de îndoire și momentul de îndoire
teoretic, pentru diametre de tubing flexibil cuprinse între 33,7 mm … 60,32 mm, cu grosimile de
perete în fabricație curentă, la îndoirea primului val pe tobă .
Tabe lul 3.6. Valorile momentelor teoretice de î ndoire și momentelor de îndoire experimentale
pentru tubinguri de diametre cuprinse între 33,70 mm și 60,325 mm .
Diametrul tubingului flexibil, [mm]
33,70 38,1 44,45 50,8 60,3
g, [mm] 3,20 3,17 3,4 3,96 3,96
Rp0,2, [N/mm2] 353 70 70 70 70
Mt, [Nm] 7342,41 7238,90 10519,70 17509,13 26696,90
D1, [m] 2,06370 1,96810 1,97445 1,98080 1,99030
Fî, [N] 5515 7350 10660 17510 27000
Instalația Hydra Rig 440 (S.U.A.), care poate înfășura tubing flexibil cu dimensi unea
maximă de 50,8 mm, are forța de înfășurare la primul val F 1 1650 0 N.
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiești 2019 pag. 27
Forța maximă de înfășurare la primul val, rezultată din calculele de mai sus și este
Fî17510 N.
Acționarea tobei cu un motor hidrostatic lent s -a considerat în două vari ante, încorporând:
Varianta A
un reductor planetar cu o treaptă, plasat paralel cu arborele to bei, în interiorul tobei
sau în exterior și o transmisie cu lanț.
Varianta B
un reductor planetar cu două trepte, amplasat în interiorul arborelui tobei.
Carcasa reductorului este utilizată ca un suport pentru sprijinirea capătului arborelui tobei.
Valorile randamentelor elementelor tobei de stocare sunt următoarele:
t ,randamentul înfășurării tubingului pe tobă – 0,9;
r, randamentul reductorului (o tre aptă /două trepte) – 0,95/0,92;
m ,randamentul unui lagăr pe rulmenți – 0,98;
l ,randamentul transmisiei prin lanț – 0,96.
Potrivit schemelor cinematice, mom entul motorului hidrostatic se calculează cu relația, [9]:
Varianta A:
Mmh=M
m2∙r∙l∙t∙ir (3.10)
unde: i r i1 il;
i1 = raportul de transmitere al reductorului planetar cu o treaptă, i 1 4,8;
il = raportul de transmitere al trans misiei cu lanț.
Se va utiliza motorul hidrostatic lent tip OMV 630 DANFOSS, care are următoarele
caracteristici tehnice:
q 630 cm3/rot;
pmax 18 N/mm2;
Mmh 1660 Nm.
Efectuând calculele, rezultă că :
ir=7342 ,41
1660 ∙0,982∙0,95∙0,96∙0,9=5,61
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiești 2019 pag. 28
În această situație raportul transmisiei cu lanț va fi:
il=5,61
4,8=1,16
Varianta B:
Mmh=M
𝑚∙r∙t∙ir (3.11)
unde:
ir=7342 ,41
1660 ∙0,98∙0,92∙0,9=5,45
În această situație rap ortul de transmitere al unei trept e a reductorului planetar va fi:
ir=√5,45=2,33
Constructiv, raportul de transmitere se consideră i r 2,4.
La primul val, viteza de înfășurare a tubingului flexibil pe tobă se consideră, din motive de
competitivitate cu produsele străine, v t 90 m/min 1,5 m/s.
Turația tobei se determină cu relația:
n=60v1
πD1=60∙1,5
π∙2,06=13,9rot
min=14 rot/min (3.12)
S-a considerat D 1 2,06 m – diametrul primului val, la înfășurare a tubingului flexibil de
33,70 mm. Vitezele la ultimul val, pentru diferite valori ale diametrului exterior ale tubingului
flexibil, sunt centralizate în tabelul 3.7.
Tabelul 3.7 . Valorile vitezelor la ultimul val pentru diferite valori ale diametrului
exterior al tubingului flexibil, [7].
Diametrul tubingului flexibil, [mm]
33,70 38,10 44,45 50,80 60,32
Dn, [mm] 2878,56 2918,49 2983,90 2931,92 2987,56
vn, [m/s] 2,261 2,293 2,343 2,309 2,346
vn, [m/min] 135,66 137,58 140,58 1138,54 140,76
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiești 2019 pag. 29
Turația mo torului hidrostatic se calculează cu relația , [22]:
nmh=nt∙ir=13.9∙5,61=77,97 rot/min (3.13)
Debitul pentru acționarea motorului hidro static se calculează cu relația, [22 ]:
.
Q=q∙nmh
1000=630 ∙77,97
1000=49,12 𝑐𝑚3/min (3.14)
Puterea consumată de motorul hidraulic se deter mină folosind relația:
N=p∙Q
450 ∙𝑚=18∙49,12
450 ∙0.98=2 CP (3.15)
Pentru înfășurarea tubingului flexibil, toba, este prevăzută cu mecanism pentru aranjarea
acestuia pe ea. Mecanismul de aranjare este cu șurub filet at stângadreapta, care este antrenat atât
prin două transmisii cu lanț de la arborele tobei, cât și independent, de la un motor hidrostatic lent,
prin intermediul unei transmisii cu lanț. Antrenarea de la arborele tobei are o singură roată dințată
de schi mb, care trebuie înlocuită pentru fiecare dimensiune de tubing flexibil, în scopul egalizării
pasului tobei cu pasul filetului la o rotație.
Imprecizia raportului de transmitere face necesară acționarea independentă, pentru a
permite corectarea vitezei des fășurătorului în raport cu viteza tobei.
Filetul conducător are următoarele caracteristici:
înălțimea filetului: h 8 mm;
diametrul mediu: D m 56 mm;
unghiul filetului: tgφ=33.7
π∙56→φ=16.066°
Momentul de frecare din filet se determină cu relația , [7]:
Mf=P∙Dm
2∙tg(φ−ρ)=1468 ,48∙0.056
2∙0.162=326 ,32 N∙m (3.16)
Pentru frecarea dintre pi uliță și filet avem 6,85.
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiești 2019 pag. 30
P reprezintă forța de apăsare pe piulița filetată și este dată de forța de tracțiune a
tubingului flexibi l, P 7342,41 0,2 1468,48 N.
Randamentul transmisiei cu șurub se calculează cu relația, [7]:
f=tgφ
tg(φ−ρ)=16.066
0.162=99.17 (3.17)
Momentul preluat de la arborele tobei pentru antrenarea șurubului con ducător es te:
Mtf=326 ,32
99.17∙0.982∙0.98∙0.962=3,79 N∙m (3.18)
În cazul antrenării independente a șurubului conducător, momentul motorului hi drostatic
se calculează cu relația , [7]:
Mmh=𝑀𝑓
𝑖1∙0.982∙0.98∙0.96=226 ,61 N∙m (3.19)
unde: i l 1,6 reprezintă raportul de transmitere al transmisiei cu lanț.
Cilindr eea necesară se determină pe baza relației , [7]:
q=628 ∙𝑀𝑚ℎ
p∙=628 ∙226 ,61
72∙0.85=23,25 𝑐𝑚3/𝑟𝑜𝑡
(3.21)
unde: 0,85 reprezintă randamentul motorului hidrostatic;
p 7,2 MPa reprezintă presiunea de lucru.
Se alege un motor hidrostatic lent din producția S.C. HESPER S.A. București, model
BHM2 , având caracteristicile: q 6,3 – 27,9 cm3/rot și p max 280 bar .
Pentru antrenarea tobei se alege varianta cu moto reductor plasat paralel cu arborele tobei
și în afara ei, transmisia făcându -se prin intermediul unei transmisii cu lanț.
S-a ales această variantă deoarece este mai apropiată de variantele de antrenare ale
tobelor pentru instalațiile convenționale construite la noi în țară, asimilarea făcându -se, astfel, mult
mai ușor, [15], [16].
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiești 2019 pag. 31.
Capitolul IV
STUDIU COMPARATIV PRIVIND COMPORTAREA LA ÎNCERCARI
MECANICE A ÎMBINĂRILOR SUDATE CAP LA CAP PRIN PRESIUNE
CU ÎNCĂLZIRE PRIN REZISTENȚĂ ELECTRICĂ A MATERIALULUI
TUBULAR FLEXIBIL CONFECȚIONAT DIN P275 NL1
IV. 1. Considerații generale
Tubingul flexibil (TF) reprezintă un material tubular cu lungime de peste 4000 m, ce se
înfășoară pe o tobă de stocare. Deși domeniul de utilizare a tubingului flexibil a devenit tot mai
larg, încă există un inconvenient major și anume fenomenul de oboseală, acesta reducând
considerabil numărul total de cicluri până la rupere (NTCR) a tubingului flexibil. Un alt factor
care duce la scăderea duratei de viață a mat erialului tubular flexibil este reprezentat de
fenomenul de “balonare”. Injectorul de tubing reprezintă elementul component al echipamentului
pentru manevrarea materialului tubular flexibil, care detectează modificările secțiunii
transversale a tubingului, survenite în timpul procesului de exploatare. În această situație se
impune tăierea prin forfecare a materialului tubular (funcție realizată de prevenitorul pentru
forfecat tubing) și înlocuirea acestuia. Nu se justifică, din punct de vedere economic, înl ocuirea
în totalitate a tubingului deteriorat prin oboseală. Din acest motiv se recurge la îndepărtarea
porțiunilor defecte de tubing flexibil, urmată de sudarea cap la cap a porțiunilor rămase
funcționale.
Din analiza rezultatelor cercetărilor privind sud area cap la cap a tubingurilor flexibile, s -a
concluzionat că sudarea poate fi executată atât manual prin procedeele de sudare Wolfram Inert
Gas (WIG), Metal Activ Gas (MAG), cu jet de plasmă, cât și în regim automat prin procedeele
de sudare WIG, prin pre siune cu rezistență electrică (SPIRE), prin frecare (SF), MAG, cu jet de
plasmă, cu fascicul de electroni, cu laser, cu termit, [ 5].
În cadrul lucrării se vor analiza rezultatele experimentale privind comportarea în
exploatare a tubingurilor flexibile conf ecționate din P275 NL1, cu diametrul exterior d =33.7mm
și grosimea de perete g =3.2mm, prin intermediul metodelor nedistructive și distructive de
verificare a calității îmbinărilor sudate cap la cap prin presiune cu încălzire prin rezistență
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiești 2019 pag. 32.
electrică (SP IRE). Rezultatele se vor compara cu cele obținute în mod analog, pe tubinguri
flexibile confecționate din P275 NL1 , cu diametrul exterior d=33.7 mm și g rosimea de perete
g=3.6mm, [7].
Avantajele sudării în regim automat sunt:
reducerea timpului de sudare;
reducerea duratei de înlocuire a tubingului flexibil deteriorat;
creșterea eficienței în exploatare a tubingului flexibil;
îmbunătățirea flexibilității operațiilor etc.
Obținerea unei calități deosebite a îmbinării sudate impune mecanizarea și automatizarea
procesului de sudare, precum și mărirea numărului de parametrii ai regimului de sudare ce
trebuie monitorizați și reglați.
IV. 2. Tehnologia de sudare cap la cap prin presiune cu încălzire prin
rezistență electrică a materialului tubular flexibil confecț ionat din P275 NL1
Procedeul de sudare cap la cap prin presiune cu încălzire prin rezistență electrică se
produce sub efectul unor forțe exterioare ce conduc la deformarea plastică locală a capetelor ce
urmează a se îmbina.
Criteriile pe baza cărora s -a făcut alegerea acestui procedeu de sudare a materialelor
tubulare flexibile sunt:
scăderea costurilor de exploatare;
calificarea minimă necesară personalului sudor;
posibilitatea controlării și reglării parametrilor critici ai regimului de sudare.
Stabilirea tehnologiei de sudare s-a făcut pe baza analizei etap izate a următorilor
parametrii, [22 ]
A. caracteristicile mecanice și compoziția chimică ale materialelor din care sunt
fabricate tubingurile flexibile;
B. geometria rostului de sudare;
C. consum abile (materiale de adaos, gaze sau amestecuri de gaze protectoare);
D. regimul de sudare și parametrii acestuia.
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiești 2019 pag. 33.
A. C aracteristicile mecanice și compoziția chimică ale materialelor din care sunt fabricate
tubingurile flexibile
Prima etapă a analizei tehnologiei de sudare o reprezintă cunoașterea caracteristicilor
mecanice și a compoziției chimice ale materialelor din care sunt fabricate tubingurile flexibile ce
urmează a fi sudate, (fig. 4.1).
a) b)
Fig. 4.1 . Tubing flexibil confec ționat din P275 NL1.
a) schiță; b) fotografie.
Pentru determinarea caracteristicilor mecanice ale oțelului P275 NL1, din care sunt
confecționate tubingurile flexibile ce urmează a fi sudate, sunt utilizate epruvetele fâșie. Etape le
obținerii epruvetelor fâșie sunt prezentate în tabelul 4.1.
Tabelul 4.1. Etapele obținerii epruvetelor fâș ie, confecționate din oț elul P275 NL1.
Nr.crt. Etapa Opera ție Fotografie Observa ție
0 1 2 3 4
1. Frezarea
epruvetei Frezarea
unei fe țe
Se ob ține epruveta
inițială versu s
epruveta îngustată de
la 33.7mm la 16mm
(8mm+8mm )
Frezarea
feței
opuse
0 1 2 3 4
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiești 2019 pag. 34.
2. Debitarea
epruvetei Debitare
Se obține epruveta
fâșie
3. Măsurarea
epruvetei
fâșie
Măsurarea
lațimii
epruvetei
fâșie
Măsurarea
lungimii
epruvetei
fâșie
În figura 4.2 sunt prezentate epruvetele fâșie confecționate din P275 NL1, înainte și după
încercarea la tracțiune.
a) b)
Fig. 4.2. Epruvetele fâsie, confecționate din P275 NL1:
a) înainte de tracțiune; b) după tracțiune.
În tabelul 4.2 sunt prezentate caracteristicile mecanice ale materialului P275 NL1 din
care sunt confecționate tubingurile flexibile ce urmează să fie sudate prin presiune cap la cap cu
încalzire prin rezistență electrică.
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiești 2019 pag. 35.
0100200300400500600
0 10 20 30 40
ε, [%]σ, [N/mm2]Tabel 4.2 . Caracteristicile mecani ce ale oțelurilor P275 NL1 .
Material Caracteristica
mecanică Valori
prescrise,
[21] Valori
experimentale Diferen ța față de
valorile prescrise
[%]
P275 NL1 Limita de curgere,
Rp0,2, [N/mm2] 383 354 +7.57
368 +3.91
Rezistența la tracțiune,
Rm, [N/mm2] 517 521 -0.77
512 +0.96
Alungirea,
A, [%] 31 30 +3.22
27 +12.9
În urma încercării la tracțiune au fost puse în evidență și curbele caracteristice
[σ=f(ε)] ale oțelului P275 NL1, din care sunt fabricate tubingurile flexibile ce urmează a se suda
prin presiune cap la cap cu încălzire prin rezistență electrică.
În figura 4.3 se observă că ambele curbe prezintă palier de cu rgere, având aluri similare,
specifice materialelor metalice ductile.
Fig. 4.3. Curbe caracteristice ale o țelului P275 NL1.
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiești 2019 pag. 36.
În tabelul 4.3 sunt prezentate valorile prescrise și cele determinate experimental, privind
compoziția chimică a oțelului P275 NL1.
Tabelul 4.3. Compozi ția chimică a oțelului P275 NL1, [21].
Material
Compoziția
chimică C
(%) Si
(%) Mn
(%) P
(%) S
(%) Cr
(%) Mo
(%) Ni
(%) Cu
(%) V
(%) P275 NL1 Valori
standardizate ,
[7] max
0.160 max
0.400 0.8-
1.5 max
0.025 max
0.015 max
0.300 max
0.080 max
0.500 max
0.300 max
0.50
Valori
experimentale 0.17 0.28 1.07 0.008 0.019 0.12 0.04 0.040 0.19 0.00
Analizând datele din tabel se observă că acest tip de oțel corespund e din punct de vedere
al comp oziției chimice cu standardele î n vigoare (SR EN 10216 -3:2003).
B. Geometria rostului de sudare
Cea de -a 2-a etapă a analizei o reprezintă stabilirea geometriei rostului de sudare. Aceasta
se face în funcție de grosimea de perete a tubingului, de tipul construcției ce se dorește a fi
realizată și de ec hipamentul de sudare disponibil.
Tubingul deteriorat este inițial secționat cu ajutorul unui echipament convențional de
tăiere. Dacă în urma tăierii tubingul este umed la interior, se vor plasa la o distanță de circa
300 mm de capătul tubulaturilor bucăți de hârtie absorbante (sugativă) pentru stoparea
prelingerii apei, [1 ].
Bavurile rezultate în urma tăierii mecanice se vor îndepărta cu ajutorul unor dălți plane
curbate, sau a unor pile cilindrice. După îndepărtarea bavurilor, margi nile tubingurilor trebuie
pilite, iar ulterior ajustate cu un dispozitiv de strunjit, care prezintă un cuțit special ce execută o
tăiere în mai multe trepte, ob ținându -se un profi l conic, [6 ].
Capetele tubingului se vor poliza folosindu -se discuri abrazi ve textile sau perii fine de
sârmă, pe o distanță de aproximativ 50 mm pe suprafața exterioară, respectiv de 25 mm pe
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiești 2019 pag. 37.
suprafața interioară a tubingului flexibil. Polizarea excesivă a peretelui tubingului duce la
scăderea rezistenței la oboseală. Se recoman dă ca discurile abrazive sau hârtiile de șmirghel
utilizate să nu aibă în componența lor oxizi de aluminiu. Degresarea suprafețelor tubingului se
face cu ajutorul agenților chimici pe bază de alcool. Urmează apoi curățarea și uscarea
suprafețelor respectiv e, [3].
Cerințele pieței impun găsirea unor soluții care să facă posibilă obținerea unor îmbinări
sudate de calitate, cu costuri de producție minime.
În cadrul acestui subcapitol se va discuta problema satisfacerii acestor cerințe în cazul
unor îmbinări sudate cap la cap, pentru care accesul în vederea sudării este dintr -o singură parte.
Problema constă în realizarea corectă a rădăcinii cusăturii.
Cele mai frecvente dificultăți apărute la sudarea rădăcini i tubingurilor flexibile, sunt , [4]:
îngroșări ce reduc secțiunea utilă a țevii;
nepătrunderi datorate unei insuficiente topiri a rosturilor, acestea constituind
ulterior amorse de rupere în exploatarea îmbinărilor sudate etc.
În cazul sudării prin presiune cap la cap cu încălzire prin rezistență elect rică se obțin
îmbinări de calitate, fără adoptarea unei geometrii de sudare speciale a rostului de sudură.
Ca atare rostul de sudare adoptat este sub formă de I. Dimensiunile rostului de sudare
adoptat sunt prezentate în figura 4.4.
Fig. 4.4. Tipodimensiunile rostului sudării prin presiune
cap la cap cu încălzire prin rezistență electrică
a tubingului flexibil confecționat din P275 NL1.
Pregătirea celor douăzeci de tubinguri ce urmează a fi sudate s -a realizat prin curățarea
oxizilor de pe suprafața acestora.
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiești 2019 pag. 38.
Pentru asigurarea perpendicularității cu axele suprafețelor frontale, capetele materialelor
s-au tăiat cu ajutorul unei ghilotine, iar pentru a evita aderența la bacuri s -au pudrat cu talc.
Tubingurile s -au supus unui control vizual al aspectului exterior, verificându -se
următoarele , [9]:
suprafețele exterioare și cele interioare nu trebuie să prezinte defecte (incluziuni,
fisuri sau suprapuneri de material);
pe suprafața țevilor se pot admite unele defecte ca bavuri, zgârieturi, rizur i cu
condiția ca adâncimea acestora să nu depășească 12,5 % din grosimea peretelui
țevii.
S-a constatat că rosturile de sudare a tubingurilor flexibile confecționate din P275 NL1
sunt corect realizate.
C. Consumabile
Pentru sudarea prin presiune cu încălzire prin rezistență electrică, nu este necesară
utilizarea unor materiale de adaos, formarea legăturilor metalice fiind consecința apropierii
atomilor materialelor de bază prin deformare plastică, astfel ca distanța dintre aceștia să fie de
ordinul d e mărime a parametrilor rețelei cristaline.
Alegerea consumabilelor se face în funcție de caracteristicile mecanice ale oțelului din
care sunt fabricate materialele tubulare flexibile.
D. Sudarea propriu -zisă. Regimul de sudare.
Regimul de sudare se aleg e astfel încât calitatea îmbinărilor sudate să fie cât mai bună
atât din punctul de vedere al macro și microstructurii, cât și din cel al caracteristicilor mecanice.
După prelucrarea corespunzătoare a marginilor tubingurilor ce urmează a se suda, este
necesară efectuarea operației de degresare și uscare a suprafețelor (inte rioară și exterioară)
acestora. Trebuie să se evite contaminarea suprafețelor în timpul operației de aliniere a
tubingurilor, în caz contrar fiind necesară repetarea operației de degresar e.
Capetele materialelor tubulare trebuie poziționate astfel încât să fie perfect aliniate.
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiești 2019 pag. 39.
În cazul sudării electrice prin presiune cap la cap fig. 4.5, piesele 1 și 2 se fixează coaxial
în bacurile fixe 3 și în cele mobile 4, astfel încât lungimea liber ă a capetelor să aibă o anumită
mărime, l.
Fig. 4.5. Schema de principiu a sudarii prin presiune cap la cap cu rezistență electrică, [ 7]:
1,2-piese de sudat; 3 -bac fix; 4 -bac mobil; 5,6 -mecanisme de fixare; 7 -ghidaje; 8 -batiu;
9-mecanism de deplasare; 10 -transformator de sudare; 11 -sistem de comandă.
Bacurile mașinii sunt piese masive din cupru, răcite cu apă, care execută mișcările de
închidere sau deschidere în vederea prinderii sau desprinderii pieselor de sudat, impuse de
mecanismele 5 și 6. Aceste dispozitive de strângere a pieselor au o importanță deosebită pentru
realizarea unei îmbinări de calitate , în limitele preciziei cerute la poziția reciprocă a elementelor.
Cu ajutorul mecanismului 9, bacurile mobile se pot depl asa (pe direcția X) în lungul ghidajelor 7
amplasate pe batiul mașinii 8 și pot transmite pieselor 1 și 2 forțele de activare mecanică
necesare la sudare. Bacurile 3 și 4, și prin intermediul acestora piesele 1 și 2, sunt conectate la
circuitul secundar al unui transformator de sudare 10, coborâtor de tensiune și capabil să
furnizeze curent de mare intensitate. La mașinile de sudare automată, comanda și coordonarea
operațiilor se realizează cu ajutorul unui sistem de automatizare, 9.
În tabelul 4.5 sunt prezentate etapele sudării prin presiune cap la cap cu încălzire prin
rezistență electrică a tubingului flexibil confecționat din P275 NL1.
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiești 2019 pag. 40.
Tabelul 4.5. Etapele sudarii prin presiune cap la cap cu încălzire prin rezisten ța electric ă a
tubingului flexibil confec ționat din P275 NL1.
Nr. crt. Opera ții Fotografie
1.
Fixarea tubingului flexibil confec ționat din
P275 NL1, în standul de sudur ă prin presiune
cap la cap cu încalzire prin rezisten ță electri că
`
2.
Sudarea cap la cap prin presiune cu încalzire
prin rezis tența electric ă a tubingului flexibil
confec ționat din P275 NL1
3.
Răcirea cordonului de sudur ă
4.
Verificarea vizual ă a cordonului de sudur ă
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiești 2019 pag. 41.
Realizarea prin topire intermediară a unei îmbinări sudate de calitate comparabilă cu cea
a materialelor care se sudează este determinată de corelarea câmpului termic creat prin încălzirea
pieselor cu forța de refulare aplicată în cursul procesului de suda re.
Corelarea este necesară pentru ca prin deformare plastică să se aducă suprafețele frontale
ale tubingurilor ce se sudează la distanțe comparabile cu parametrii rețelei cristaline și să se
asigure aportul energetic necesar realizării legăturilor intera tomice.
S-au sudat cap la cap prin presiune cu încălzire prin rezistență electrică douăzeci de țe vi
confecționate din P275 NL1, două cate dou ă, rezultând zece epruvete sudate.
În tabelul 4.6 sunt prezentați parametrii regimului de sudare adoptați în vederea sudării
prin presiune cu încălzire prin rezistență electrică a celor douăzeci de tevi confecționate din
P275 NL1.
Tabel 4.6. Regimul sudării cap la cap prin presiune cu încălzire prin rez istență electrică
a materialelor tubulare flexibile confecțion ate din P275 NL1, [7].
Nr. de
epruvete Material Diametrul
exterior,
[mm] Viteza
medie de
înaintare la
topire,
[mm/s] Scurtarea
la topire,
[mm] Presiunea pe
suprafețele
de contact,
[daN/mm2] Viteza de
refulare,
[m/s] Scurtarea
la
refulare,
[mm]
10 P275 NL1 33.7 0.33 2 6 13.3 2
Optimizarea regimurilor de sudare s -a făcut pe baza rezultat elor încercărilor la tracțiune,
duritate, aplatisare și a analizelor metalografice ale îmbinărilor tubingurilor flexibile
confecționate din P275 NL1 [22], avându -se în vedere influența corelată a parametrilor regimului
asupra câmpului termic la sudare.
În cadrul sudării cap la cap prin presiune cu încălzire prin rezistență electrică a
materialelor tubul are flexibile confecționate din P275 NL1 nu a fost necesară aplicarea niciunui
tratament termic.
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiești 2019 pag. 42.
IV. 3. Verificarea calității îmbinărilor sudate cap la cap prin presiune cu
încălzire prin rezistență electrică a materialului tubular flexibil
confecționat din P275 NL1
Verificarea calității îmbinărilor sudate se va realiza folosind atât metode nedistructive de
control cât și metode distructive. Din prima categorie se va apela la controlul cu lichide
penetrante și radiatii penetrante, iar din cea de -a doua categorie la încercările la tracțiune, la
aplatisare și la duritate.
Efectuarea unor încercări mecanice care au ca finalitate distrugerea epruvetelor sau a
mostrelor presupune controlul distructiv, fiind vizate în același timp anumite caracteristici
mecanice cum ar fi rezistența la rupere, forța maximă de tracțiune, capacitatea de deformare
plastică, rezistența la rupere prin forfecare, duritatea, precum și unele caracteristici fizice legate
de aspectul ruperii, defecte macroscopice și microscopice pr ezente în structura metalică studiată.
Pentru încercările mecanice nedistructive și distructive se vor utiliza cele 10 epruvete
sudate prin presiune prin înc ălzire cu rezistență electrică. R ezultatele se vor compara cu cele
obținute în condiții similare în cazul sudurii prin presiune cu încălzire prin rezistență electrică a
tubingurilor flexibile confecționate din acela și material, dar cu d imensiuni transversale diferite.
IV. 3.1. Controlul cu lichide penetrante al îmbi nărilor sudate cap la cap
Controlul cu lichide penetrante este o metodă de control nedistructiv folosită pentru
identificarea defectelor de suprafață (fisuri, crestături, pori, exfolieri etc.) ale pieselor metalice și
îmbinărilor sudat e, [3].
Controlul cu lichide penetrante este economic și ușor de aplicat în condiții de șantier.
Acesta este utilizat numai la controlul preliminar sau complementar , datorită faptului că nu se
pot depista defectele interne, fără răspuns la suprafața pieselor sau îmbinărilor sudate .
Substanțele folosite în defe ctoscopia cu lichide penetrante nu trebuie să producă reacții
chimice cu materialul piesei controlate și nu trebuie să reacțio neze între ele.
Metoda este prezentată în tabelul 4.7, în care sunt specificate substanțele și condițiile în
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiești 2019 pag. 43.
care a fost supus controlului cu lichide penetrante, materialul tubular flexibil P275 NL1, sudat
cap la cap prin presiune cu încălzire prin rezistență electrică.
Evidențierea defectelor, fisurilor și defectele plane apare după utilizarea substanțelor
developante, care extrage lichidul penetrant rămas în discontinuitățile sup erficiale ale piesei și
formează un fond contrastant . Aceste defecte apar sub formă de linii, iar porozitățile sub formă
de aglomerări de puncte colorate, examinarea su prafeței controlate se face la lumină difuză sau la
lumină ultravioletă ,iar înregistrarea rezultatelor, pri n fotografiere sau prin marcare pe o schiță a
poziției și formei defectelor.
Tabelul 4.7. Etapele controlului cu lichide penetrante a epruvetelor sudate cap la cap,
confecționate di n P275 NL1, [9], [21] .
Nr.
crt. Etapa Condiții tehnice de
examinare Schița
0 1 2 3
1. Pregătirea suprafețelor piesei
controlate prin spălare cu solv enți
organici sau cu detergenți Degresant
1. piesa controlat ă;
2. defect de suprafa ță;
3. solvent organic sau
detergent. 2. Decap are cu soluții bazice sau acide MR 85
3. Aplicarea pe suprafața piesei
controlate, prin pulverizare,
pensulare sau i mersare,
a lichidului penetrant MR 68 C
1. piesa controlat ă;
4. lichid penetrant.
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiești 2019 pag. 44.
0 1 2 3
4. Îndepărtarea excesului de li chid
penetrant APA
1. piesa controlat ă;
5. jet de ap ă.
5. Aplicarea substanței developante MR 70
1. piesa controlată ;
6. substanță developantă .
6. Vizualizarea macroscopică
a defectelor –
1. piesa controlat ă;
4. lichid penetrant;
6. substan ță developant ă.
7. Procent de examinare 100% –
Nici una dintre cele zece epruvete sudate cap la cap prin presiune cu încălzire prin
rezistență electrică, confecționate din P275 NL1, nu au prezentat defecte în urma controlului cu
lichide penetrante.
IV. 3.2. Controlul cu radiații penetrante al îmbinărilor sudate cap la cap
Defectoscopia reprezintă un ansamblu de procedee pentru examinarea materialelor
pieselor și a îmbinărilor sudate în scopul punerii în evidență a defectelor. Pentru integritatea
îmbinărilor sudate, respectiv a ansamblului constructiv, definitorie este confirmarea inexistenței
oricărui tip de defect, prezența ace stora afectând vizib il performanțele în exploatare.
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiești 2019 pag. 45.
Defectoscopia cu radiații penetrante (EN:ISO 17635) se bazează pe proprietățile
radiațiilor “X” sau de neutroni de a trece prin corpuri solide, acestea suferind o atenuare în
funcție de natura și grosimea materialului străbătut, impresionând di ferențiat pelicula fotografică.
În figura 4.6 este prezentată schema de principiu a metodei de control cu radiații
penetrante .
Fig. 4.6. Schema de principiu a metodei de control
cu radiații penetrante , [9]:
1 – sursa de radiații; 2 – obiectul controlat; 3 – filmul fotografic;
4 – radiația penetrantă; 5 – radiația atenuată; 6 – diafragmă;
s – grosimea obiectului controlat; t – grosimea defectului.
Metoda constă în expunerea la radiații a piesei de control at, atenuarea diferențiată a
undelor radiante dată de materialul examinat și detectarea defectelor pe filmul fotografic.
Defectoscopia cu radiații poate evidenția defecte: fisuri, lipsa difuziei, pătrunderea
insuficientă a materialului de adaos în rost etc. Metoda permite depistarea defecte lor de suprafață
și de interior fără a evidenția adâncimea la care se află. Productivitatea controlului cu radiații
penetrante scade pe măsura creșterii grosimii pieselor, i ar la configurațiile geometrice comple xe
ale acestora aplicabilitatea metodei este îngrădită de posibilitățile de manevrare a tuburilor de
radiații X.
Etapele controlului cu radiații penetrante sunt prezentate în tabelul 4.8.
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiești 2019 pag. 46.
Tabelul 4.8 . Etapele controlului cu radiații penetrante.
Nr.
crt. Etapa Condiții tehnice
de examinare Fotografie
1. Pregatirea epruvetei
tronson Grosimea MB: 3,2mm
Supraînălțare sudurii: 5mm
2. Expunerea Natura radiatiei: RX
Dimensiunea petei
focale:0,04/4
Distanța min. sursă -obiect:
500mm
Perete: 1
3. Developarea filmului
radiografic Indicative film: E P1 CS
Nr. RX: 62
Dimensiune film: 240
4. Controlul filmului
radiografic Acceptat 100%
Epruveta tronson, confecționată din P275 NL1, sudată cap la cap prin presiune cu
încălzire prin rezistență electrică , a fost expusă controlului cu r adiații penetrante în trei poziții .
Examinarea s -a efectuat în procent de 100%, conform planului de examinare.
Interpretarea radiografiilor s-a efectuat în conformitate cu SR ISO 17636 – 1/2013 și
EN ISO 15614 – 1/2017.
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiești 2019 pag. 47.
IV. 3.3. Încercarea la tracțiune a îmbinărilor sudate cap la cap
Încerca rea la tracțiune transversală (ASME sect. IX, Ed. 2013) s -a realizat pe un număr
de două epruvete fâsii, prelucrând tubingurile flexibile sudate prin presiune cu încălzire prin
rezistență electrică a țevilor confecționate din P275 NL1. Epruvetele au fost solicitate progresiv
și continuu a epruvetei, până la rupere .
În figura 4.7 este prezentat principiul încercari i la trac țiune transversal ă a îmbinarilor
sudate, iar în figura 4.8 sunt prezentate cele două epruvete f âșii, după ce au fost încercate la
tracțiune transversală.
Fig. 4.7 . Principiul încercării la tracțiune transversală a îmbină rilor
sudate cap la cap prin presiune cu încă lzire prin rezistență electrică:
a) epruvetă fâșie; b) epruvetă fâșie încercată la tracțiune ;
F – forța de tragere; L1 – lungimea totală; L0 – lungimea de degajare;
Le1 – lungimea finală de degajare.
Fig. 4.8 . Epruvete sudate, confecționate din oțel P275 NL1,
după încercarea la tracțiune .
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiești 2019 pag. 48.
În tabelul 4.9 și figura 4.9 sunt prezentate valorile medii ale rezistenței la tracțiune
transversală a tubingurilor flexibile confecționate din P275 NL1, obținute prin proced eul de
sudare cap la cap prin presiun e cu încălzire prin rezistență electrică.
Tabe lul 4.9 . Încercarea la trac țiune transversal ă a îmbinarilor sudate – rezultate experimentale.
Material
de bază Diametrul
exterior Grosimea
de perete Tipul rostului de
sudare Rezisten ța
la tracțiune,
Rm Amplasamentul
ruperii
[mm] [mm] – [N/mm2] –
P275 NL1
33.7 3.2 I 431 MB
423 MB
Fig. 4.9 . Rezistența la tracțiune transversal ă
a îmbinărilor sudate – valori medii experimentale.
Scăderea cu 11% a grosimii de perete a epruvetelor sudate a determinat scăderea
rezistenței la tracțiune a asamblării sudate cu 0%…0,7%. 431
428
423 423
418420422424426428430432
3,2 3,6Rezisten ța la tracțiune Rm [N/mm2]
Grosimea de perete, [mm]
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiești 2019 pag. 49.
În cazul ambelor epruvete încercate la tracțiune transversală, ruptura s -a produs în
materialul de bază, ceea ce den otă o bună rezistență a asamblă rilor sudate.
În situația în care se dorește exprimarea unei concluzii pertinente cu privire la aplicarea
tehnologiilor de sudare, și anume sudarea prin presiune prin încălzire cu rezistență mecanică
și/sau alte tehnologii, se impune efectuarea unui studiu constând în analizarea comportării la
oboseală a îmbinărilor sudate cap la cap realizate conform acestor tehnologii.
IV. 3.4. Încercarea la aplatisare a îmbinărilor sudate cap la cap
Încercarea la aplatisare a îmbinării sudate cap la cap (ASME sect. IX, Ed. 2013) constă în
comprimarea unei epruvete tronson între două plăci de apăsare plane și paralele, perpendicular
pe generatoarea acesteia, până la atingerea distanț ei H = 21 ,37mm, măsurate sub sarcină sau
până la aplatisare completă, (fig. 4.10 ).
Fig. 4.10 . Principiul încercarii la aplatisare a îmbinărilor sudate, [7].
Din punct de vedere experimental, s -a constatat că deformarea în domeniul plastic a
epruvetelor tronson s -a inițiat la forțe de compresiune de 5000…5500 daN, odată cu creșterea
progresivă a forței, epruvetele deform ându -se continuu. În figura 4.11 sunt prezentate epruvetele
tronson, dup ă aplatisare.
Fig. 4.11 . Epruvete sudate, confec ționate din P275 NL1, dup ă aplatisare.
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiești 2019 pag. 50.
În urma examinării macroscopice a celor două epruvete aplati sate, confecționate din
P275NL1 și sudate cap la cap prin presiune cu încălzire prin rezistență electrică , se poate
concluziona că nu au apărut fisuri sau alte defecte, ceea ce denotă că materialele metalice din
care au fost fabricate tubingurile fle xibile, respectiv îmb inările sudate ale acestora, au o
comportare bună sub sarcina de compresiune.
IV. 3.5. Încercarea la duritate a îmbinărilor sudate cap la cap
Încercarea de duritate a îmbinărilor sudate se face conform standardului SR EN 1043 -1,
forța de solicitare fi ind de 5000 daN sau 10000 daN. Specific îmbinărilor sudate este faptul că
încercarea de duritate a acestora se face prin metoda Vickers conform SR EN ISO 9015/2 .
Principiul încercarii la duritate prin metoda Vickers este prezentat în figura 4.12 .
Fig. 4.12 . Principiul încercarii la duritate prin metoda Vickers , [9]:
a – lățimea epruvetei; d – diagonala piramidei.
Metoda de determinare a durității Vickers utilizează ca penetrator o piramidă de diamant
cu baza un p ătrat. Deoarece diamantul are cea mai mare duritate dint re toate materialele utilizate
în ind ustrie, metoda poate fi aplicată fără limite la determinarea durităț ii. Ea constă în apă sarea
unui penetrator cu o viteză redusă și cu o anumită forță predetermin ată, F, pe supraf ata
materialului de î ncercat . Duritatea Vickers, simbolizată cu HV, se exprimă prin raportul dintre
forța aplicată F și aria suprafeț ei laterale a urmei remanente produse de p enetrator. Urma este
considerată ca o piramidă dreaptă cu bază patrată, cu diagon ala d, avand la vârf acelaș i unghi cu
cel al penetratorului.
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiești 2019 pag. 51.
Pentru pregătirea epruvetelor se prelevează o secțiune transversală din probă,
perpendicular pe îmbinarea sudată, prin tăiere mecanică, cu observația că această operație,
precum și cele ulterioar e (șlefuirea suprafeței, atacarea cu reactivi a acesteia) nu trebuie să
afecteze din punct de vedere metalurgic suprafața de încercat a epruvetelor.
Epruvetele au fost prelevate din mostrele de țevi, confecționate din P275 NL1, sudate cap
la cap prin presiune cu încălzire prin rezistență electrică, cu diametrul exterior de 33 ,7 mm și
grosimea de perete de 3,2 mm.
În tabelul 4.10 și figura 4.13 sunt prezentate rezultatele experimentale ale încercărilor de
duritate aplicate epruvetelor , confecționate din P275 NL1, sudate cap la cap prin presiune cu
încălzire prin rezistență electrică . Rezultatele sunt comparate cu cele ob ținute în mod anal og pe
epruvetele sudate cap la cap prin presiune cu încălzire prin rezistență electrică confec ționate din
acela și mate rial, dar cu grosimea de perete mai mare cu 11%.
Tabelul 4.10 . Încercarea la duritate a îmbină rilor
sudate cap la cap – rezultate experimentale, [21].
Material
de bază Rost de
sudare Duritatea HV10 (SR EN 1043 -1)
MB ZIT
CUS (13 14 15)
MB1 (1 2 3) MB2 (4 5 6) ZIT1 (7 8 9) ZIT2 (10 11 12)
Sudarea prin presiune cu încalzire prin rezistent ă electric ă P275 NL1
I 141,143,143 142,141,141 174,176,176 176,174,174 187,185,186
Media MB = 141.8 Media ZIT = 175.5 Media CUS = 186 P275 NL, [7 ] 155,156,156 157155,154 179,181,184 183,179,177 191,193,194
Media MB = 155.5 Media ZIT = 180.5 Media CUS = 192.6
MB ZIT CUS ZIT MB
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiești 2019 pag. 52.
Fig. 4.13 . Încercarea la duritate a îmbină rilor sudate ca p la cap – valori experimentale.
Studiul comparativ privind duritatea tubingurilor flexibile confecționate din P275 NL1,
sudate cap la cap prin presiune cu încălzire prin rezistență electrică a evidențiat o creștere a
durității cu 2%…9% în cazul epruvetelor cu grosimea de perete mai mare cu 11%.
IV. 3.6. Analiza metalografică a îmbinărilor sudate cap la cap
Această metodă este specificată în SR EN ISO 643/2003, standard care conține elemente
necesare pentru alegerea metodei de verificare a calității îmbină rilor sudate.
Ea are ca domeniu de aplicare îmbinările sudate ale construcțiilor ce nu sunt supuse
tratamentului termic sau care nu sunt accesibile controlului prin radiații sau emisie acustică și
constă în îndepărtarea unei părți din sudură prin crestare cu dalta, găurire, rabotare, rectificare
etc., urmată de analiza metalografică, [22 ].
Studiul a fost efectuat pe probe prelevate din epruvete tronson de țeavă, confecționate din
P275 NL1. Au fost analizate structurile cristaline ale materialului de bază, z onei influențate
termic și cusăturii sudate, probele fiind obținute prin tăiere mecanică, urmată de rectificarea și
lustruirea supr afeței de analizat (v. tab. 4.11 ).
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiești 2019 pag. 53.
Tabelul 4.11 . Analiza metalografică a îmbină rilor sudat e cap la cap.
Material Fotografie Observații
P275NL1 1= MB;
2= ZIT;
3= CUS. Nu se constata defecte de tip: fisuri, fisuri în
crater, incluziuni solide, lipsa de topire sau
pătrundere, pori, arsuri, scurgere de metal,
subțiere, stropi .
Material de baza (MB) Structură ferito -perlitică foarte fină, orientată
în șiruri de laminare, cu mă rimea grăuntelui
punctaj 9,5 -10.
Zonă influențată termic (ZIT) Structură ferito -perlitică foarte fină, om ogenă,
având mărimea grăuntelui punctaj 10, fără
fisuri sau structură de supraîncălzire .
Cusătură sudată (CUS) Structura ferito -perlitică foarte fină (structură
de turnare), lipsită de fisuri, pori, goluri,
incluziuni solide, netopire, nepătrundere,
arsuri sau alte defecte de sudură .
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiești 2019 pag. 54.
IV. 4. Concluzii
Îmbinarea prin sudare cap la cap a materialului tubular flexibil a devenit o necesitate în
situația în care sub influența sarcinilor de exploatare, acesta suferă o deteriorare prin oboseală,
înlocuirea în totalitate a materialului deteriorat nejustificându -se din punct de vedere economic.
Dintre procedeele de realizare a îmbinărilor sudate cap la cap ale tubingurilor flexibile s –
a utilizat tehnologia de sudare prin presiune cu încălzire prin rezistență.
Comportarea în exploatare a materialelor tubulare a fost verificată prin intermediul
metodelor nedistructive de verificare a calității și a încer cărilor cu caracter distructiv.
Dintre metodele nedistructive de verificare a calității îmbinărilor sudate s -au aplicat
defectoscopia cu lichide penetrante și defe ctoscopia cu radiații x . În urma rezultatelor
experimentale nu s -au g ăsit defecte de suprafa ță care s ă influen țeze negativ caracteristicile
mecanice ale epruvetelor , iar grosimea de perete nu a influen țat caracteristicile de suprafa ța ale
acestora .
S-au si stematizat rezultatele experimentale privind comportarea la tracțiune, la aplatisare,
la duritate și analiza metalografică a îmbinărilor sudate prin presiune cu încălzire prin rezistență
electrică , pentru oțelul P275 NL1.
Încercările distructive au fost ef ectuate pe șase epruvete de țeavă , sudate cap la cap prin
presiune cu încălzire prin rezistență electrică , confecționate din P275 NL1.
Rezistența la trac țiune transversal ă a asambl ărilor sudate cap la cap prin presiune cu
încalzire prin rezisten ța electri că, pentru epruvetele confec ționate din P275 NL1, este bună.
Ruperea s -a produs în materialul de bază în cazul ambelor epruvete. cu 1%…2% mai mare în
cazul în care grosimea de perete a materialului tubular a scazut cu 11%.
Comportarea sub sarcina de compresiune a epruvetelor confecționate din P275 NL1,
sudate cap la cap prin presiune cu încălzire prin rezistență electrică, este buna. În urma
examinării macroscopic e, epruvetele tronson utilizate nu au prezentat fisuri sau alte defecte în
cusătură sau m aterial de bază, nici chiar în situația în care aplati sarea acestora a fost completă.
Rezu ltatele obținute în urma încercă rii la duritate, în cazul tubingurilor flexibile
confecționate din P275 NL1, sudate cap la cap prin presiune cu încălzire prin r eziste nță electrică,
evidențiază o scă dere a duritații : materialului de bază (MB) cu 9,2%, zonei infl uențate termic
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiești 2019 pag. 55.
(ZIT) cu 3,6% și cusaturii sudate cu 2,73%, pentru o scădere cu 11% a grosimii de perete a
epruvetelor.
Analiza metalografică a evidențiat o struc tură cristali nă ferito -perlitică uniformă a
cusaturii sudate, o structură omogenă ferito -perlitică fină a zonei influențate termic și cristale
orientate în șiruri de laminare de ferito -perlită cu granulație normal, în cazul materialul ui de
bază.
Grosimea de perete a materialul tubular flexibil nu a influen țat structura cristalina a
îmbină rii sudate cap la cap prin presiune cu încalzire prin rezisten ță electric ă.
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiești 2019 pag. 56 Capitolul V
METODE DE PREVIZIUNE UTILIZATE ÎN STUDIILE
TEHNICO -ECONOMICE. METODA LAN ȚURILOR LUI MARKOV.
V.1. Metode de previziune aplicate în studiile tehnico -economice
Dintre metodele de previziune utilizate pe scară largă, menționăm:
A. metode le bazate p e analiza seriilor de timpi;
B. metode le bazate pe valoarea medie;
C. funcții de tendință ;
D. nivelarea exponențială ;
E. metoda Lanțurilor lui Markov .
A. Metodele bazate pe analiza seriilor de timpi.
De-a lungul timpului s -au conturat două modalități de abordare a prev iziunii seriilor de
timp: previziunea mecanică sau e xtrapolarea seriilor de timp și previziunea euristică.
Previziunea mecanică (extrapolarea s eriilor de timp) pornește de la ipoteza că tendința
variabilei economice care face obiectul previziunii nu se va modifica substanțial în viitor și
reprezintă practic o prelungire în viitor a tendințelor și fluctuațiilor observate. De obicei
modelele care presupun o continuare în viitor a evoluției trecute se mai numesc și modele ”cu
memorie” sau ”cu inerție”. Multe fenomene economice prezintă o astfel de inerție.
Previziunea euristică , deși porne ște de la analiza trecutului și prezentului, permite
modificarea tendinței observate istoric pentru procesul studiat pe baza unor decizii de natură
calitativă.
B. Metode le bazate pe valoarea medie .
Metod a mediei aritmetice simple , utilizată pentru serii d e timp staționare (orizontale),
folosită mai mult în procesul de testare decât în previziunea propriu -zisă. Serii de a cest tip se
întâlnesc de regulă pe perioade scurte de ti mp și pentru date înregistrate cu o frecvență ridicată
(ex.: date zilnice, săptămânale etc.). Caracterul staționar al fenomenelor economice, se pierde
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiești 2019 pag. 57 în general pe perioade mai lungi de timp, manifestând tendințe de creștere, descreștere și/sau
fluctuații ciclice, [4 ]:
ŷn+1=1
n∑ ytn
t=1 (5.1.)
unde: yt reprezintă valoarea reală înregistrată în momentul t;
ŷn+1 reprezintă valoarea previzională pentru momentul t+1;
n reprezintă numărul de valori înre gistrate istoric sau ulti ma perioadă de timp
pentru care există date reale ;
t reprezintă variabila timp, pentru t = 1, n.
Media aritmetică simplă este o metodă ”cu memorie lungă” în sensul că ține cont de
întreaga perioadă istorică disponib ilă de unde se degajă stabilitatea în sensul că rezultatele nu
sunt perturbate de fluctuațiile întâmplătoare și temporare. Principalul său dezavantaj este
capacitatea redusă de a se adapta la eventuale modificări care pot să apară în evoluția recentă a
datelor.
Media mo bilă de lungime k se aplică, la fel ca și media aritmetică simplă, tot pentru
serii de timp staționare, având capacitate ridicată de adaptare la condițiile cele mai recente, fiin d
un proces ”cu memorie scurtă” . Previziunea pentru perioada următoare, n+1 , este media
ultimelor k valori înregistrate, [4 ]:
ŷn+1=1
k∑ ytn
t=n−k+1 (5.2.)
unde: k reprezintă numărul de valori cuprinse în medie sau lungimea mediei mobile.
Media mobilă exponețială de lungim e k este o metodă cu aceleași avantaje și
condiții de aplicabilitate ca la medi a mobilă, cu diferența că ponderile valorilor cuprinse în
medie nu sunt egale, aceastea descresc odată ce valoril e devin mai îndepărtate în timp, [19 ]:
ŷn+1=∑k−n+1
∑ jk
j=1n
t=n−k+1 yt (5.3.)
unde: k reprezintă numărul de valori cuprinse în medie sau lungimea mediei mobile;
j reprezintă indice de ordine: 1, 2, 3…
Metoda sporului mediu se foloseș te pentru a previz iona evoluții n on-staționare în medie
cu tendința aproximativ liniară. Această metodă poate fi văzută ca fiind echivalentă cu aplicarea
metodei mediei artimetice simple însă nu pe valori inițiale (care nu sunt staționare) ci pe
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiești 2019 pag. 58 diferențele de ordinul întâi (sporuri) care sunt staționare. Prin urmare după realizarea procedurii
de staționarizare pot fi aplicate oricare din metodele specifice seriilor de timp staționare.
Folosind această metodă, previziunea se determină adăugând la ultima valoare reală
înregistrată a seriei de date sporul mediu calculat pe perioada istorică , [19]:
ŷn+1= yn+l∆y (5.4.)
unde: ŷn+1 reprezintă previziunea aferentă orizontului de previziune l;
yn reprezintă ultima valoare reală înregi strată;
l reprezintă lungimea orizontului de previziune ( numărul de perioade pentru care se
efectuează previziunea);
∆yt= yt−yt−1 reprezintă diferențele de ordinul întâi (sporurile de creștere);
∆y reprezintă sporul mediu (calculate ca media artimetică simplă a sporurilor);
t reprezintă variabila timp, t= 1,𝑛.
Seria sporurilor de creștere ∆𝑦𝑡 va fi mai scurtă cu o perioadă decât seria inițială
deoarece pentru primul an nu poate fi calculat sporul de creștere. Pentru serii cu trend cre scător
sporul mediu va fi pozitiv iar pentru se rii cu trend descresc ător sporul mediu va fi negativ .
Metoda indicelui mediu se folosește în previziunea seriilor de valori non – staționare cu
tendința aproximativ exponențială. O serie de timp exponențială po ate deveni staționară prin
calcularea in dicilor de dinamică (creștere). P reviziunea se realizează ca un produs între ultima
valoare reală a seriei de date statistice și indicele mediu de crestere, ridicat la o putere egală cu
lungimea orizontului de previz iune, [4]:
yn+1̂ = ynX Il (5.5.)
unde : 𝑦𝑛+1̂ reprezintă previziunea aferentă orizontului de previziune l;
𝑦𝑛 reprezintă ultima valoare reală înregistrată;
𝐼 reprezintă indicele mediu de creștere (calculate ca medie geometrică a
indicilor de creștere).
Indicele de creștere se calculează ca raport între două valori înregistrate consecutiv
astfel , [4]:
It=y1
yt−1 (5.6.)
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiești 2019 pag. 59 C. Funcțiil e de trendință .
Evidențiază evoluția variabilei dependente în raport de timp.
În acest caz , ”timpul” ca variabilă complexă îndeplinește rolul de variabilă
independent ă, [4]:
𝑦̂=𝑓(𝑡) (5.7.)
Acestea se recomandă în previziunea unor procese economice a căror factori de
influență sunt mai puțin cuantificabili sau necuantificabili, dar care pot fi reprezentați sintetic
prin variabila timp într -o anumită perioadă bine determinate.
Dupa forma legături lor între variabile, funcțiile de tendință folosite în previziune se
împart în două grupe: funcții liniare și funcții neliniare.
Funcția de tendință liniară , se utilizează în cazul tendințelor de tip linea r, la fel ca și
metoda sporului mediu. Aceasta are ca expresi e analitică ecuația unei drepte, [17 ]:
𝑦𝑡̂=𝑎+𝑏𝑡 (5.8.)
unde: a, b sunt parametrii;
t reprezintă variabila independentă.
Funcțiile de tendință neliniare , cu aplicații multiple în previziunile economice,
sunt funcția exponențială, funcția de putere, funcția parabolică, funcția hiperbolică, funcția
logistică și functia semilogaritmică.
D. Nivelarea exponențială .
Este o metodă de previziune ext rem de adaptabilă care poate fi folosită c u succes în
diverse situații. Spre deosebire de metoda mediei aritmetice simple și a mediei mobile, care
acordă aceeași pondere tuturor elementelor ce intră în componența seriei de date statistice, prin
nivelarea exponențială fiecare termen al seriei este diferențiat de ceilalți termeni în funcție de
nivelul de actualitate al informațiilor pe care le oferă. Din această categorie fac parte
următoarele metode:
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiești 2019 pag. 60 Nivelarea exponențială simplă , cunoscută ca metoda lui Brown, constă în determinarea
valorii previzi onate a variabilei depen dente printr -o ecuație recursivă , care ajustează
previziunea aferentă perioadei precedente cu eroarea de previziune , [4]:
ŷt+1= ŷt+α(yy−ŷt) (5.9.)
unde: 𝛼 reprez intă parametrul (coeficient ul) de nivelare cuprins între 0 și 1 .
Mărimea parametrului 𝛼 se determina prin optimizare , astfel înc ât erorile de previziune
să fie minime. Efectuând calculele intermediare, se determină previziunea ca o sumă ponderată
a ultime i valori reale înregistrate și previziunea aferentă perioadei anterioare, relația de mai sus
fiind scrisă astfel:
𝑦̂𝑡+1= 𝛼𝑦𝑡+(1−𝛼)𝑦̂𝑡 (5.10.)
Metoda liniară poate fi interpretată ca o ex tensie a niv elării exponențiale simple a lui
Brown, este cunoscută sub denumirea de metoda lui Holt. Ea se folosește în previzionarea unor
procese a căror evoluție este evidențiată de seriile statistice nestaționare, cu trend linear
crescător sau descrescător.
Metoda presup une doi paramet rii de liniarizare (α si β) și trei ecuații:
Componenta de nivel (trendul estimat) se determină cu relația, [4 ]:
Lt=αYt+(1−α)(Lt+bt−1 ) (5.11.)
Sporul de creștere se calculează cu relația , [21]:
bt=β(Lt−Lt−1)+(1−β)bt−1 (5.12.)
Valoarea previziona tă se calculează cu relația, [4 ]:
Ŷt+1=Lt+lbt (5.13.)
Metoda Holt -Winters în vederea evidențierii în mod direct a sezonalității, Winers a
extins metoda lui Holt. Metoda Holt -Winters se bazează pe trei ecuații de nivelare: o ecuație
pentru nivelarea variabilei dependente, una pentru nivelarea tendinței și una pentru sezonalitate.
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiești 2019 pag. 61 Comp onenta de nivel (trendul estima t) se calculează cu relația, [1 ]:
Lt=α(Yt−St−s)+(1−α)(Lt−1+bt−1) (5.14.)
Sporul de crește re se calculează cu relația, [1 ]:
b1=β(Lt−Lt−1)+(1−β)bt−1 (5.15.)
Componenta sezonieră se determină folosind relația, [21]:
St=γ(Yt−Lt)+(1−γ)St−s (5.16.)
Valoarea previzionată se determină utilizând relația, [ 1]:
Ŷt+1=Lt+lbt+St+1−(n+1)∗s (5.17.)
unde: S reprezintă componenta sezonieră;
s este durata sezonalității (numărul de trimestre dintr -un an, numărul de luni etc.);
𝛼,𝛽,𝛾 sunt parametrii de nivelare sezonieră.
E. Metoda lanțurilor Markov .
Se numește p roces stochastic un experiment aleator care constă dintr -o suită de
subexperimente aleatoare. O clasă specială de astfel de procese este reprezentată de lanțurile
Markov. Are la bază ipoteza conform căreia evoluția în timp a p rocesului studiat depinde în
sens probabilistic de structura sa anterioară iar procesul în sine are un caracter dinamic. Un lanț
Markov este d efinit de vectorul de stare inițială și matricea probabilităților de trecere. Vectorul
de stare inițială, corespunde structurii procesului studiat în ultima perioadă pentru care se
cunosc date reale. Elementele matricei probabilităților de trecere sunt estimate în practică cu
ajutorul frecvențelor relative a elementelor componente ale procesului studiat , exprimate prin
date empirice. Metoda l anțurilor Markov și -a găsit multiple aplicații practice în procesele de
structură la nivel micro și macroeconomic.
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiești 2019 pag. 62 V.2. Metoda Lanțurilor lui Markov . Generalități .
Una dintre metodele de analiză și previziune pe termen scurt care se poate aplica în
cazul indicatorilor de performanță a tubingului flexibil este metoda Lanțurilor lui Markov.
Teoria Lanțurilor lui Markov consideră că rezultatul oricărei determinări depinde de
rezultatul care o precede direct și numai de acesta , [3].
Determinarea previziunii pe baza Lanțurilor lui Markov presupune parcurgerea
următoarelor etape:
1) se transformă datele asolute în mărimi relative;
2) se determină matricele de tranziție de la un diametru la altul, obținându -se „n-1”
matrice, unde „ n” este numărul de diametre pentru c are avem informații. În
cadrul acestei etape, trebuie parcurse mai multe faze:
se trec la extremele matricei, datele din pentru primele două diametre pentru
care avem informații: pe verticală se trec datele pentru primul diametru
(de bază ), iar pe orizontală se trec datele pentru diametrul urm ător (curent) ;
se stabilește „diagonala fidelității ”, care se compune din cele mai mici date
dintre cele înscrise la extremele matricei;
se calculează diferențele dintre datele corespunzătoare „diagonalei
fidelității” și cele înscrise la extrema matricei: întotdeauna, diferențele
obținute pe orizontală semnifică creșteri ale indicatorului curent față de
indicatorul de bază , iar diferențele înregistrate pe verticală, scăderi ale
indicatorului curent față de cel d e bază ;
repartizarea diferențelor de la extremele matricei, în interiorul acesteia, astfel
încât suma elementelor de pe linie sau coloană să fie egală cu cifra înscrisă
la extr emele acesteia.
În același mod se determină toate cele „ n-1” matrice de tranzi ție, MT (având date pentru
cele „ n” diametre);
3) Din însumarea matricilor de tranziție determinate anterior, MT, rezultă matricea
totală de tranziție, T:
T=∑MTkn
k−1 (5.18.)
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiești 2019 pag. 63 4) În urma împărțirii fiecărui ele ment de pe linie la totalul liniei respective, în cadrul
matricei totale de tranziție, T, rezultă matricea probabilă de tranziție, Q;
5) Structura previzionat ă,
TD7,33 , se determină prin înmulțirea transpusei matricei
probabile de tranziție, Q cu vectorul ultimului diametru pentru care avem
informații ,
TD1,38 , [18]:
𝐷33,7𝑇=𝑄𝑇∙𝐷38,10𝑇 (5.19. )
V.3. Previziunea indicatorilor de perf ormanță ai materialului tubular
flexibil, folosind Metoda Lan țurilor lui Markov.
Utilizând baza de date a companiei Schlumberger -Dowell , care a supus studiului peste
4,6×106 m de material tubular flexibil din oțel slab aliat de înaltă rezistență într -un total de
35.190 de operații și analiza prezentată anterior s -au definit drept indicatori de performanță ai
materialului t ubular flexibil, I.P.T.F.1 și I.P.T.F.2 .
I.P.T.F.1 reprezintă numărul de defecte pe o lung ime de 305 m de tubing flexibil, [18],
iar I.P.T.F.2 reprezintă numărul total de operații efectuate cu mat erialul tubular flexibil între
două defectări succesive , prezentați în tabelul 5.1.
Tabelul 5.1. Indicatori de performanță ai tubingurilor flexibile
fabricate din oțel slab aliat de înaltă rezistență, [1].
Nr.
crt. Diametrul exterior, D
[mm] Porțiune din tubing afectată de
defecte, (xa)
[%] I.P.T.F.1 ,
ya I.P.T.F.2,
ya
1. 60,32 10 10,90 212
2. 50,80 11 10,20 227
3. 44,45 21 8,10 285
4. 38,10 36 9,09 257
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiești 2019 pag. 64 Determinam pentru materialul tubular flexibil cu diametrul d e 33,70 mm, porțiunea de
tubing afectată de defecte, respectiv indicele de performanță ce reprezintă numărul de defecte
pe o lungime de 305 m, după următoarele etape:
1. Transformarea datelor absolute în mărimi relative se realizează folosind relațiile , [7]:
xr=𝑥𝑎
𝑆𝑖∙100 % (5.20.)
yr=𝑦𝑎
𝑆𝑖∙100 % (5.21.)
Datele din tabelul 5.2 se transformă din mărimi absolute, în mărimi relative, (v. tab.5.3),
conform formulelor de calcul 5.20 și 5.21.
Tabelul 5.2 . Indicatori de per formanță ai tubingului flexibil , I.P.T.F.1, [1 ].
Nr.
crt. Diametrul exterior, D
[mm] Porțiune din tubing afectată de
defecte, (x a) [%] I.P.T.F.1,
ya Total,
Si
1. 60,32 10 10,90 20,90
2. 50,80 11 10,20 21,20
3. 44,45 21 8,10 29,10
4. 38,10 36 9,09 45,09
Tabelul 5.3 . Mărimi le relative ale variabilelor, [1 ].
Diametrul exterior, D Porțiune a din tubing afectată de defecte , I.P.T.F.1 , Total ,
[mm] [xr] [yr] [Si]
60,32 47,85 52,15 100
50,80 51,89 48,11 100
44,45 72,16 27,84 100
38,10 79,84 20,16 100
2. Pentru d eterminarea matricilor de tranziție de la un diametru la altul, pentru început,
se trec la extremele matricei datele primelor două diametre pentru care avem informații: pe
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiești 2019 pag. 65 verticală se vor trece datele referitoare la primul diametru, iar pe orizontală se trec datele
diametrului următor , (tab. 5.4 ).
Tabelul 5.4 . Introducerea datelor la extremele matricei 1.
Porțiune a din tubing afectată de defecte ,
[xr] I.P.T.F.1 ,
[yr] 60,32
Porțiune a din tubing
afectată de defecte ,
[xr] 47,85
I.P.T.F.1 ,
[yr] 52,15
50,80 51,89 48,11 100
Se determină „diagonala fidelității”, care se compune din cele mai mici date dintre cele
înscrise la extremele matricii , (tab. 5.5 ).
Tabe lul 5.5 . Determinarea “diagonalei fidelității” pentru matricea de tranziție 1.
Porțiune a din tubing afectată de
defecte ,
[xr] I.P.T.F.1 ,
[yr]
60,32
Porțiune a din tubing afectată de
defecte,
[xr] 47,85 47,85
I.P.T.F.1,
[yr] 48,11 52,15
50,80 51,89 48,11 100
Se determină diferențele dintre datele corespunzătoare diagonalei fidelității ș i cele de la
extremele matricii; întotdeuna diferențele obținute pe orizontală semnifică creșteri ale
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiești 2019 pag. 66 indicatorului în perioada curentă față de perioada de bază, iar diferențele înregistrate pe
verticală, invers.
Repartizarea diferențelor de la extremele matricei în interiorul acesteia, astfel încât suma
elementelor de pe linie sau coloană să fie egală cu cifra înscrisă la extremele acesteia , (tab. 5.6 ).
Tabelul 5.6. Determinarea diferențelor dintre “diagonala fidelității” și extremele matricei de
tranziție 1 și repartizarea acestora în interiorul matricei.
Porțiune a din tubing
afectată de defecte ,
[xr] I.P.T.F.1 ,
[yr] 60,32 Scădere
indicator
Porțiune a din tubing
afectată de defecte ,
[xr] 47,85 0 47,85 0
I.P.T.F.1 ,
[yr] 4,04 48,11 52,15 4,04
50,80 51,89 48,11 100 –
Creștere indicator 4,04 0 – –
Se obține prima matrice de tranziție, MT1:
(5.22.)
Din tabelul 5 .6, se constată o scădere cu 4,04 % a ponderii indicatorului I.P.T.F.1
(numărul de defecte pe tubingul flexibil cu diametrul exterior de 60,32 mm) și o creștere cu
aceeași valoare a ponderii porțiunii din tubing afectată de defecte (cu diametrul D = 50,80 mm).
Procedând analog, pentru diametrul exterior de 50,80 mm (valoare de bază) și diametrul
de 44,45 mm (valoare curentă), obținem datele prezentate în tabelul 5.7 .
.
100 11,48 89,5115,5211,48 04,485,47 0 85,47
1
TM
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiești 2019 pag. 67 Tabelul 5.7 . Determinarea elementelor celei de a doua matrice de tranziție.
Porțiunea din tubing
afectată de defecte,
[xr] I.P.T.F.1,
[yr] 50,80 Scădere
indicator
Porțiunea din tubing
afectată de defecte,
[xr] 51,89 0 51,89 0
I.P.T.F.1,
[yr] 20,27 27,84 48,11 20,27
44,45 72,16 27,84 100 –
Creștere indicator 20,27 0 – –
Se determină cea de -a doua matrice de tranziție, MT2:
.
100 84,27 16,7211,48 84,27 27,2089,51 0 89,51
2
TM
(5.23.)
Din tabelul 5.7 , rezultă o scădere cu 20,27 % a ponderii indicatorului I.P.T.F.1 (numărul
de defecte pe tubingul flexibil cu diametrul exterior de 50,80 mm) și o creștere cu aceeași
valoare a ponderii porțiunii din tubing afectată de defecte (cu diametrul D = 44,45 mm).
Pentru diametrul exterior de 44,45 mm (valoare de bază) și diametrul de 38,10 mm
(valoare curentă), obținem datele p rezentate în tabelul 5. 8.
Tabelul 5. 8. Determinarea elementelor celei de a treia matrice de tranziție.
Porțiune a din tubing
afectată de defecte , [xr] I.P.T.F.1 , [yr] 44,45 Scădere
indicator
Porțiune a din tubing
afectată de defecte , [xr] 72,16 0 72,16 0
I.P.T.F.1 , [y r] 7,68 20,16 27,84 7,68
38,10 79,84 20,16 100 –
Creștere indicator 7,68 0 – –
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiești 2019 pag. 68 Se determină cea de -a treia matrice de tranziție, MT3:
100 16,20 84,7984,27 16,20 68,716,72 0 16,72
3TM
.
(5.24.)
Din tabelul 5.8 , rezu ltă o scădere cu 7,68 % a ponderii indicatorului I.P.T.F.1 (numărul
de defecte pe tubingul flexibil cu diametrul exterior de 44,45 mm) și o creștere cu aceeași
valoare a ponderii porțiunii din tubing afectată de defecte (cu diametrul D = 38,10 mm).
3. Însumându -se toate matricele de tranziție se obține matricea totală de tranziție:
𝑀𝑇=𝑀𝑇1+𝑀𝑇2+𝑀𝑇3=(171 ,9 0 171 ,9
31,99 96,11 128 ,1
203 ,89 96,11 300), (5.25.)
4. Se determină matricea probabilă de tranziție, Q, care va avea forma:
7503,0 2497.00 1Q. (5.26.)
5. Structura previzionată pentru diametrul exterior de 33,7 mm se calculează cu ajutorul relației:
1260,158740,84
16,2084,79
7503,002497,01
1,38 7,33T T TDQ D
. (5.27 .)
Structu ra previzionată a indicatorilor de performanță a tubingului flexibil pentru
diametrul exterior de 33,70 mm prezintă o creștere cu 5,034 % a ponderii porțiunii din tubing
afectată de defecte și o scădere cu aceeași valoare a ponderii numărului de defecte pe o lungime
de 305 m de tubing flexibil – I.P.T.F.1.
Conform metodei Lanțurilor lui Markov, valorile absolute ale variabilelor x (porțiunea
de tubing afectată de defecte) și y (numărul de defecte pe o lungime de 305 m de tubing flexibil
– I.P.T.F.1) corespu nzătoare diametrului exterior de 33,7 m m sunt prezentate în tabelul 5.9 .
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiești 2019 pag. 69 Tabelul 5.9. Valorile absolute ale variabilelor x și y.
Porțiune a din tubing afectată de defecte ,
[xa] 36,47
I.P.T.F.1,
[ya] 6,82
Determinam pentru materialul tubular flexibil c u diametrul de 33,70 mm, porțiunea de
tubing afectată de defecte, respectiv indicele de performanță ce reprezintă numărul total de
operații efectuate cu materialul tubular flexibil între două defectări succesive pe o lungime de
305 m , după etapele parcurse la calculul indicatorului de performanța ce reprezintă numărul
total de defecte.
Datele din tabelul 5.10 se transformă din mărimi absolute, conform formulelor
de calcul 5.20 și 5.21. în mărimi relative, (v. tab.5.11).
Tabelul 5.10. Indicator i de per formanță ai tubingului flexibil , I.P.T.F.2, [4 ].
Nr.
crt. Diametrul exterior, D
[mm] Porțiune din tubing afectată de defecte,
(xa)
[%] I.P.T.F.2,
ya Total,
Si
1. 60,32 10 212 222
2. 50,80 11 227 238
3. 44,45 21 285 306
4. 38,10 36 257 293
Tabelul 5. 11. Mărimil e relative ale variabilelor, [4 ].
Diametrul exterior, D
[mm] Porțiunea din tubing afectată de defecte,
[xr] I.P.T.F.2,
[yr] Total,
[Si]
60,32 4,50 95,50 100
50,80 4,62 95,38 100
44,45 6,86 93,14 100
38,10 12,29 87,71 100
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiești 2019 pag. 70 1) Pentr u determinarea matricilor de tranziție de la un diametru la altul, pentru început,
se trec la extremele matricei datele primelor două diametre pentru care avem informații: pe
verticală se vor trece datele referitoare la primul diametru, iar pe orizontală se trec datele
diametrului următor, (tab. 5.12 ).
Tabelul 5.12 . Introducerea datelor la extremele matricei 1.
Porțiunea din tubing afectată de defecte,
[xr] I.P.T.F.2,
[yr] 60,32
Porțiunea din tubing
afectată de defecte,
[xr] 4,50
I.P.T.F.2,
[yr] 95,50
50,80 4,62 95,38 100
Se determină „diagonala fidelității”, care se compune din cele mai mici date dintre cele
înscrise la extremele matricii, (tab. 5. 13).
Tabelul 5. 13. Determinarea “diagonalei fidelității” pentru matricea de tranziție 1.
Porțiunea din tubing afectată de defecte,
[xr] I.P.T.F.2,
[yr]
60,32
Porțiunea din tubing
afectată de defecte, [x r] 4,50 4,50
I.P.T.F.2,
[yr] 95,38 95,50
50,80 4,62 95,38 100
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiești 2019 pag. 71 Se determină diferențele dintre datele corespunzătoare diagonalei fidel ității și cele de la
extremele matricii; întotdeuna diferențele obținute pe orizontală semnifică creșteri ale
indicatorului în perioada curentă față de perioada de bază, iar diferențele înregistrate pe
verticală, invers.
Repartizarea diferențelor de la ex tremele matricei în interiorul acesteia, astfel încât
suma elementelor de pe linie sau coloană să fie egală cu cifra înscrisă la extremele
acesteia, (tab. 5.14 ).
Tabelul 5.14 . Determinarea diferențelor dintre “diagonala fidelității” și extremele
matricei de tranziție 1 și repartizarea acestora în interiorul matricei.
Porțiunea din tubing
afectată de defecte,
[xr] I.P.T.F.2,
[yr] 60,32 Scădere
indicator
Porțiunea din tubing
afectată de defecte,
[xr] 4,50 0 4,50 0
I.P.T.F.2,
[yr] 0,12 95,38 95,50 0,12
50,80 4,62 95,38 100 –
Creștere indicator 0,12 0 – –
Se obține prima matrice de tranziție, MT1:
(5.28.)
Din tabelul 5.14 , se constată că porțiunea din tubing afectată de defecte pe ntru diametrul
de 50,80 mm crește cu 0,12 % față de porțiunea de tubing afectată de defecte pentru diametrul
de 60,32 mm. Indicatorul de performanță pentru tubingul flexibil cu diametrul de 50,80 mm
scade cu 0,12 % față de indicatorul de performanță pentr u tubingul flexibil de 60,32 mm.
.
100 38,95 62,450,9538,95 12,050,4 0 50,4
1
TM
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiești 2019 pag. 72 Procedând analog, pentru diametrul exterior de 50,80 mm (valoare de bază) și diametrul
de 44,45 mm (valoare curentă), obținem dat ele prezentate în tabelul 5.15 .
Tabelul 5. 15. Determinarea elementelor celei de a doua matri ce de tranziție.
Porțiunea din tubing
afectată de defecte,
[xr] I.P.T.F.2,
[yr] 50,80 Scădere
indicator
Porțiunea din tubing
afectată de defecte,
[xr] 4,62 0 4,62 0
I.P.T.F.2,
[yr] 2,24 93,14 95,38 2,24
44,45 6,86 93,14 100 –
Creștere indicator 2,24 0 – –
Se determină cea de -a doua matrice de tranziție, MT2:
𝑀𝑇2=(4,62 0 4,62
2,24 93,14 95,38
6,86 93,14 100) (5.29.)
Din tabelul 5.15 , rezultă o scadere cu 2,24 % a ponderii indicatorului I.P.T.F.2, numă rul
total de operații efectuate cu materialul tubular flexibil între două defectări succesive pentru
tubingul flexibil cu diametrul de 44,45 mm fața de tubingul flexibil cu diametrul de 50,80 mm.
și o creștere cu aceeași valoare a ponderii a porțiunii di n tubing afectată de defecte.
Pentru diametrul exterior de 44,45 mm (valoare de bază) și diametrul de 38,10 mm
(valoare curentă), obținem datele prezentate în tabelul 5. 16.
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiești 2019 pag. 73 Tabelul 5.16 . Determinarea elementelor celei de a treia matrice de tranziție.
Porțiunea din tubing
afectată de defecte,
[xr] I.P.T.F.2,
[yr] 44,45 Scădere
indicator
Porțiunea din tubing
afectată de defecte,
[xr] 6,86 0 6,86 0
I.P.T.F.2,
[yr] 5,43 87,71 93,14 5,43
38,10 12,29 87,71 100 –
Creștere indicator 5,43 0 – –
Se determină cea de -a treia matrice de tranziție, MT3:
𝑀𝑇3=(6,86 0 6,86
5,43 87,71 93,14
12,29 87,71 100)
(5.30 .)
Din tabelul 5 .16, rezultă o scădere cu 5,43 % a ponderii indicatorului de performanță ce
reprezintă numărul total de operații efectuate cu materialul tubular flexibil cu diametrul de
38,10 mm, între două defectări succesive fața de tubingul flexibil cu diametrul de 44,45 mm
și o creștere cu aceeași valoare a ponderii porțiunii din tubing afectată de defecte .
Însumându -se toate matricele de tranziție se obține matricea totală de tranziție:
𝑀𝑇=𝑀𝑇1+𝑀𝑇2+𝑀𝑇3=(15,98 0 15,98
7,79 276 ,23 284 ,02
23,77 276 ,23 300) (5.31 .)
1) Se determină matricea probabilă de tranziție, Q:
𝑄=(1 0
0,02742 0,97257) (5.32 .)
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiești 2019 pag. 74 1) Structura previzionată pentru diametrul exterior de 33,7 mm se calculează cu
ajutorul relației:
𝐷33,7𝑇=𝑄𝑇∙𝐷38,1𝑇=(10,02742
00,97257)∙(12,29
87,71)=(14,69589
85,30411). (5.33 .)
Structura previzionată a indicatorilor de performanță a tubingului flexibil pentru
diametrul exterior de 33,70 mm prezintă o creștere cu 2,41 % a ponderii porțiunii din tubing
afectată de defecte și o scădere cu aceeași valoare a ponderii numărul total de operații efectuate
cu materialul tubular flexibil între două defectări succesive pe o lungime de 305 m de tubing
flexibil – I.P.T.F.2.
Conform metodei Lanțurilor lui Markov, valorile absolute ale variabilelor x (porțiunea
de tubing afectată de defecte) și y (numărul total de operații efectuate cu materialul tubular
flexibil între două defectări succesive pe o lungime de 305 m de tubing flexibil – I.P.T.F.2)
corespunzătoare diametrului exterior de 33,7 m m sunt pre zentate în tabelul 5.17 .
Tabelul 5.17 . Valorile absolute ale variabilelor x și y.
Porțiunea din tubing afectată de defecte,
[xa] 43,07
I.P.T.F.2,
[ya] 249,92
Rezultatele obținute pentru porțiunea din tubing afectată de defecte, calculând fiecare
indice de performanță I.P.T.F.1 și I.P.T.F.2, sunt apropiate ca valori , de unde reiese o estimare
bună pentru tubingul flexibil cu diametrul de 33, 70 mm.
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiești 2019 pag.76
Capitolul VI
NORME GENERALE PRIVIND SĂNĂTATEA
ȘI SECURITATEA ÎN MUNCĂ
VI. 1. Modalități de asigurare a cerințelor ecologice
și măsurile de protecție corespunzătoare
Aspectele care privesc scuritatea și sănătatea angajaților sunt reglementate de Legea nr.
53/2003 – Codul muncii, republicată și Legea nr. 319/2006 – Legea securi tății și sănătații în
muncă, cu mdificările și completările ulterioare.
Prevederile Normelor generale de proțectie a muncii constituie cadrul general pentru
elaborarea normelor spe cifice și a instrucțiunilor proprii de securitate a muncii.
În acest subcapitol se vor prezenta principalele modalități de asigurare a cerințelor
ecologice și măsurilor d e protecție corespunzătoare, [22 ].
Echipamentul de acționare și înfășurare a tubingulu i flexibil se realizează astfel încât să
nu afecteze mediul înconjurător. Su prafața de montaj va fi de 10 m2. Echipamentul va permite
desfășurarea procesului tehnologic în bune condiții, fără îngreunarea muncii echipei de lucru.
Comanda funcționării echipa mentului se face centralizat de la pupitrul de comandă, care
este amplasat în cabină. Comenzile și aparatura de măsură și control asigură desfășurarea
operațiunilor de lucru în condiții de securitate, și ușurează munca operatorului în aprecierea
regimului de lucru utilizat. Manifoldul extern, care cuprinde două linii de injecție, este montat
rigid pe sania suport. Manifoldul intern este amplasat rigid în interiorul tobei de manevră.
Ambele manifolduri sunt dotate cu aparate pentru măsurarea presiunii din so ndă. Semnalele de
presiune sunt transmise la două manometre amplasate pe pupitrul de comandă al instalației de
introdus tubing flexibil.
Componentele echipamentului sunt realizate astfel încât să permită un montaj – demontaj
ușor, pentru înlocuirea pieselo r defecte. În scopul protejării personalului de lucru, agregatele
componente sunt dotate cu apărători peste părțile în mișcare.
Toate operațiile speciale, pentru intensificarea extracției sau creșterea receptivității
stratelor, vor fi realizate în baza unui program detaliat.
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiești 2019 pag.77
În cazul folosirii de fluide combustibile, aceste operații se vor efectua numai cu avizul și
asistența formației de pompieri, pentru intervenția imediată.
Înaintea fiecărei operații se vor stabili sarcinile și se va instrui personalu l în legătură cu
combaterea incendiilor, manipularea substanțelor toxice și corozive, utilizarea echipamentului de
protecție și acordarea primului ajutor medical în caz de accident.
La executarea operațiilor speciale de orice fel, la care se folosesc combu stibili, se vor
folosi furtune rezistente la produse petroliere, iar agregatele vor fi prevăzute cu dispozitive de
prevenire și stingere a incendiilor.
La operațiile de intensificare a extracției sau creșterea receptivității stratelor, agregatele
de pompar e vor fi astfel amplasate, încât să poată fi în permanență observate și îndepărtate de pe
poziție.
În timpul manevrării echipamentului, trebuie să fie ținute departe mâna, părul,
îmbrăcămintea sau uneltele de părțile aflate în mișcare (transmisii cu lanț, șurubul conducător,
suport tubing flexibil).
Înainte de pornirea echipamentului, operatorul trebuie să se asigure că toate manetele de
lucru de la pupitrul de comandă sunt în poziție neutră. Suprafața de lucru din jurul
echipamentului va fi menținută curat ă și eliberată de diverse utilaje și scule. Înainte de
transportul echipamentului se va verifica buna fixare a suporților de agățare.
VI. 2. Măsuri generale de protecție
Măsurile generale de protecție sunt, [ 12]:
manevrele macaralei vor fi dirijate de o singură persoană;
la încărcarea pe navă trebuie lăsat spațiu suficient între echipamente, pentru a
evita posibilele lovituri la descărcare;
tot echipamentul trebuie bine asigurat pe mijloacele de transport;
toate liniile de pompare și retur vor fi fixate ș i ancorate;
la toate operațiile cu pericol de poluare sau care vor folosi acizi, care impun
circulația cu retur de fluid la suprafață, sub ansamblul de prevenitoare se va monta
o flanșă cu ieșire laterală, echipată cu ventil de izolare, rezistent la corozi une și la
presiunea de lucru a prevenitoarelor;
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiești 2019 pag.78
dacă programul prevede presiuni de peste 24,32 N/mm2, sub flanșa de ieșire
laterală de sub prevenitoare se va mai monta un prevenitor simplu, cu închidere pe
tubing, acționat manual;
linia de evacuare și lini a de omorâre vor fi echipate cu câte două ventile, a căror
presiune de lucru este cel puțin egală cu cea a prevenitorului;
capul de injectare trebuie să fie bine echilibrat pe picioare și asigurat cu ancore.
VI. 3. Măsuri de protecție necesare la locul operației
La orice operație la sondă, atât beneficiarul, cât și personalul firmei service trebuie să
participe la un instructaj premergător efectuării operației și la instructaje zilnice.
Aceste inst ructaje trebuie să cuprindă, [14 ]:
discuții despre opera ție și modul de lucru, pentru efectuarea acesteia în condiții de
siguranță;
stabilirea echipamentului de protecție ce va fi utilizat și a zonelor cu restricții de
fumat;
identificarea căilor de acces și de evacuare în caz de pericol, în special la lucrăril e
pe platformele marine;
personalul trebuie să cunoască regulamentul și semnalele de alarmă specifice;
amplasarea stingătoarelor de incendiu pe platformă sau pe locație – un stingător
trebuie amplasat lângă panoul de comandă al instalației și unul pe trase ul de
evacuare, într -un punct sigur și cât mai aproape de locul operației;
trebuie luate măsuri de asigurare a unui schimb de echipament de protecție, în
special, pentru substanțele inflamabile sau toxice, care trebuie să fie îndepărtate;
recipientele goale din material plastic nu vor fi folosite la recuperarea fluidelor
provenite din sonde, materialele plastice reprezentând sursa unor incendii datorate
încărcării cu electricitate statică;
toba de tubing flexibil cu diametrul de 33,7mm în lungime de 450 0m, este
rezistentă la o presiune de 35,46 N/mm2;
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiești 2019 pag.79
forța de întindere maximă, când nu există presiune interioară, este d e maxim
88,3kN (odată cu creșterea presiunii, limitându -se forța de tracțiune).
VI. 4. Măsuri de siguranță privind executarea îmbinărilor sudate
Înainte de începerea operației de sudare se vor respecta următ oarele măsuri de siguranță :
instalația electrică trebuie să fie prevăzută cu împământare de bună calitate;
legăturile la rețea trebuie să nu prezinte pericol de electrocutare ;
cilindri cu gaz comprimat trebui e manipulați cu grijă, pentru a nu se produce
accidente prin explozia acestora.
În timpul operației de sudare se vor lua următoarele mă suri, [7 ]:
se vor purta echipamente de protecție (mască, șorț și mănuși speciale de
protecție);
se va realiza ventilarea locală și/sau generală a zonei de lucru;
în cazul în care se lucrează în locuri ce prezintă pericol de incendii, se iau măsuri
speciale de protecție;
în situația în care se sudează în spații cu pericol mare de asfixiere, sudorul trebuie
dotat cu mască de cap aerisită, prezența unui observator extern fiind
indispensabilă și indiscutabilă.
VI. 5. Măsuri de siguranță privind efectuarea testelor pe standul de probă
Înainte de începerea testelor se vor respecta următoarele măsuri de siguranță, [7 ]:
instalația electrică trebuie să fie prevăzută cu împământare de bună calitate;
legăturile la rețea trebuie să nu prezinte pericol de electrocutare;
standul va avea legătura cu pământul;
se va verifica montajul corect al epruvetel or tronson din tubing flexibil, testate pe
stand;
în timpul derulării testelor, se va purta echipament de protecție adecvat;
se va păstra o distanță corespunzătoarele față de standul în funcțiune.
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiești 2019 pag. 80
Capitolul VII
CONCLUZII, CONTRIBUȚII PERSONALE
ȘI DIRECȚII DE CERCETARE
VII .1. Concluzii
Proiectul de diplomă cu ti tlul ,,Studiu comparativ privind comportarea la încerc ări
mecanice a îmbinărilor sudate cap la cap prin presiune cu încălzire prin rezistenț ă electrică a
materialului tubular flexibil confecționat din P275 NL1 ”, este structurat pe șapte capitole,
beneficiază de o sursă bibliografică generoasă ș i de o parte grafică compusă din șase planșe ( cinci
planșe format A1 și una format A0 ).
Evoluția echipamentelor pentru manevrarea materialului tubular flexibil a permis
folosirea acestora din ce în ce mai mult în exploatarea petrolieră
Utilizarea materialul tubular flexibil, conform statisticilor prezentate în capitol ul II, este
variată atât dimensional cât și funcțional.
În cadrul capitolului trei s-a prezentat calculul de proiectare al tobei d e stocare a
tubingului flexibil cu diametrul exterior de 33,7 mm și grosimea peretelui de 3,2 mm.
Rezultatele co mport ării la încercările nedistructive și distructive ale materialului tubular
flexibil sudat cap la cap prin presiune cu încălzire prin rezistență electrică s-au prezentat în
capitolul special al lucrării .
Rezultatele s-au comparat cu cele obținute pentru alt tubing flexibil sudat cap la cap prin
presiune cu încălzire prin rezistență electrică , confecționat din același material , cu diametrul
exterior de 33,7 mm și grosimea peretelui de 3,6 mm .
Metodele nedistructive aplicate (defectoscopia cu radiații penetrante și cea cu lichide
penetrante) au evidențiat faptul că îmbinările sudate realizate nu au prezentat niciun fel de
imperfecțiune sau defect. Epruvetele supuse aplatisării au avut o comportare bună sub sarcina de
compresiune, nedetectându -se fisuri sau defecte.
Toate aceste date ne conduc la concluzia că îmbinările sudate cap la cap prin pr esiune cu
încălzire prin rezistență electrică a celor douăzeci de țevi confecționate din oțel P275 NL1, cu
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiești 2019 pag. 81
diametrul exterior de 33,7 mm și grosimea de perete de 3,2 mm, au fost de calitate și corect
realizate.
În cazul încercării la tracțiunea transversal ă, materialul tubular f lexibil confecționat din
P275 NL1 a avut o comportare foarte bună, ruptura producându -se în materialul de bază.
Materialul tubular flexibil sudat cap la cap prin presiune cu încălzire prin rezistență
electrică confecționat din oțel P275 NL1 , prezintă o duritate mai mica : cu 3,6% în zo na
influențată termic, 2,73 % în cusătură și 9,32 % în materialul de bază , față de materialul tubular
obținut în acele ași condiții , dar cu grosimea de perete mai mare cu 11 – 12 %.
Previziunile indicatorilor de performanță ai materialului tubular flexibil au fost puse în
evidență în capitolul cinci al lucrării, folosind metoda Lanț urilor lui Markov. Astfel, materialul
tubular flexibil cu diametrul de 33,7 mm prezintă porțiunea din tubing afectată de defecte între
36,47 % și 43, 07 % pe o lungime de 305 m.
Proiectul cu titlul ,,Studiu comparativ privind comportarea la încerc ări mecanice a
îmbinărilor sudate cap la cap prin presiune cu încălzire prin rezistenț ă electrică a mater ialului
tubular flexibil confecționat din P275 NL1” , prin rezultatele obținute, contribuie la dezvoltarea
bazei de date experimentală care permite îmbunătățire a performanțelor materialelor tubulare
flexibile în procesul de exploatare și extinderea domeniil or de utilizare a acestora.
VII .2. Contribuții personale
Principalele contribuții personale sunt :
am studiat piața de desfacere a materialelor tubulare și am achiziționa t 6m de
țeavă cu diametrul exterior de 33,7 mm și grosimea de perete de 3,6 mm ,
confecționat din oțel P275 NL1 . În acest context, m-am asigurat de calitatea
materialului tubular flexibil P275 NL1 prin Declarațiile de conformitate obținute
de la furnizor;
în cadrul Atelierului 3 al Universității Petrol Gaze din Ploiești , am participa t la
efectuarea îmbinărilor sudate prin presiune cu încălzire prin rezistență electrică ale
materialului tubular flexibil P 275 NL1;
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiești 2019 pag. 82
în cadrul Laboratorului de control nedistructiv , din cadrul companiei Uzuc S.A,
am participat activ la pregatirea și realizarea controlului cu radiații penetrante a
epruvetei supuse testării;
în cadrul Atelierului de încercări mecanice al S.C. Uzuc S.A, am
participat la realizarea controlului distructiv al îmbinărilor sudate;
am studi at comparativ rezultatele încercăril or mecanice distructive și
nedistructive ale asamblărilor sudat e cap la cap prin presiune cu încălzire prin
rezistență electrică a materialului tubular flexibil confecționat din P 275 NL1 cu
diametrul de 33,7 mm , pentru două grosimi de perete diferite;
am realizat un calcul economic, folosind Metode a Lanțurilor lui Markov .
.
VII. 3. Direcții de studiu
Având în vedere concluziile și contribuțiile personale referitoare la proiectul de diplomă,
se deduc câteva dintre principalele direcții de studiu:
realizarea unui studiu privind comportarea la oboseală a îmbinărilor sudate cap la
cap prin presiune cu încălzire prin rezistență electrică ale materialului tubular
flexibil confecționat din oțel P 275 NL1, pentru diferite valori ale diametrului
exterior și ale grosimii de perete.
cercetarea po sibilită ților de îmbunătățire a performanțelor m aterialelor tubulare
flexibile î n procesul de exploatare, cu extinderea domeniilor de utilizare a
echipamentelor pentru manevrarea materialului tubular flexibil.
U.P.G/I.M.E/ I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela
Ploie ști 2019 pag.83
BIBLIOGRAFIE
1 ZISOPOL , D.G. – Ingineria valorii, Editura UPG Ploiești, 2004.
2 ZISOPOL, D. G. – Cercetari privind constructia tubingului flexibil utilizat
in industria petrolului. Teza de Doctorat, U.P.G. Ploiești, 2000.
3 ZISOPOL, D. G., DUMITRESCU A. – Materiale și tehnologii primare,
Editura Universitatii din Ploiesti, 2005.
4 ZISOPOL, D. G., DUMITRESCU, A., TRIFAN C. N. – Ecotehnologie.
Noțiuni teoretice, aplicații și studii de caz, Editura UPG – Ploiești.
5 ULMANU, V., ZISOPOL D.G., TRIFAN, C.N. – Cercetări teoretice privind
construcția și exploatarea tubingurilor flexibile, Editura UPG Ploiești, 2005.
6 MINESCU, M. – Tehnologia materialelor, editura universității din ploiești
1996 .
7 STAN R oxana B.. – ,, Studiu privind influența calității îmbinărilor sudate
cap la cap prin presiune cu încălzire prin rezistență electrică asupra
comportării în exploatare a materialului tubul ar flexibil confecționat
P275 NL 1”
8 ZISOPOL, D. G., SĂVULESCU,M -J. – Tehnologii industriale și de
construcții, editura universității din ploiești 2002.
9 ZISOPOL, D. G., SĂVULESCU,M -J. – Bazele 1 tehnologiei, editura
universității din ploiești.
10 *** – grabcad.com/library/blow -out-preventer -bop-1
11 *** – www.slideshare.net/titopetrofac/tech -drillingcoil -tubing
12 *** – www.servagroup.com/media/14587/coiled -tubing -3-axle-
electronic.pdf
13 *** – www.emtedad.co.ir/206 -2/
14 *** – melindasteel.ro/calculator -greutate -specifica
15 *** – C:/Users/Eusebio/Downloads/scrdownloader.com_jl6kgr4d6j.pdf
16 *** – www.scribd.com/doc/297221641/Proiect -Foraj -Marin
17 *** – www.scribd.com/doc/316311629/Articol -SOLICITARI \
18 *** – www.turbosquid.com/3d -models/coiled -tubing -truck -oil-
3dmax/874010
19 *** – ipg.upg -ploiesti.ro
20 *** – Composite Catalogue of Oil Field Equipment, 1992 -1993.
21 Buletine de analiză – SC. UZUC SA.
22 Cretu Oana G. – ,,Cercetări privind influența îmbinarilor sudate prin presiune
cap la cap asupra comportării în exploatare a materialului tubular flexibil ”
23 *** – https://grabcad.com/library/choke -coil-2
U.P.G/I.M.E / I.E.D.M – Proiect de diploma Cărnuță Ștefania Petronela
Ploiesti 2019 pag. 84.
BORDEROU DESENE
Nr. desen Denumire desen Format desen
01-01.0
MAȘINĂ PENTRU SUDAREA CAP
LA CAP PRIN PRESIUNE CU
ÎNCĂLZIRE PRIN REZISTENȚĂ
ELECTRICĂ
A0
01-02.0
TOBĂ DE MANEVRĂ TUBING
FLEXIBIL
A1
01-03.0
SISTEM DE ACȚIONARE ȘI
ÎNFĂȘURARE TUBING FLEXIBIL
A1
01-04.0
PREVENITOR DE ERUPȚIE
A1
Planșă 1
CERCETĂRI EXPERIMENTALE
PRIVIND INFLUENȚA
ÎMBINĂ RILOR SUDATE ASUPRA
COMPORTĂRII ÎN EXPLOATARE A
MATERIALULUI TUBULAR
FLEXIBIL
A1
Planșă 2
PLANȘĂ ECONOMICĂ
A1
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: U.P.GI.M.E I.E.D.M – Proiect de diplomă Cărnuță Ștefania Petronela [602970] (ID: 602970)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.