Разработка месторождений с применением горизонтальных стволов кратно повышает эффективность извлечения нефти, но массовое применение горизонтальных стволов существенно затруднено в силу негативных процессов, протекающих при их эксплуатации. С ростом количества высокотехнологичных скважин пропорционально растут и проблемы их эксплуатации, среди которых сложности компоновок, применяемых в бурении и заканчивании скважин, высокие технико-технологические требования к персоналу как в процессе строительства, так и в процессах дальнейшей эксплуатации скважин. Среди основных проблем повсеместного применения скважин с горизонтальным окончанием является образование конусов обводненности, приводящих к резкому снижение дебитов по нефти и отсечению остаточных запасов.
Качественное снижение эффективности работы горизонтальных участков и возникновение подобных проблем связано с высокой разницей в вязкости добываемых компонентов флюида в купе с эффектом Heel-Toe – распределение давления в скважине за счет потерь на силы трения. Потери давления за счет трения могут достигать значения величины депрессии, что может ограничивать оптимальную длину горизонтального участка и приводить к значительной разнице в депрессии на пласт в зоне пятки и носка скважины. Основным способом решения описанных проблем является применение устройств контроля притока и интеллектуальных хвостовиков. В последние годы наметилась тенденция в импортозамещении западных аналогов, и разработка собственных уникальных интеллектуальных хвостовиков с возможностью контроля условий пласта обеспечивает решение ряда задач как в нефтегазовом секторе, так и вопрос конкурентоспособности в промышленном секторе [1].
Разработка устройств контроля притока, основанных на совершенно других физико-математических законах сопряжено с рядом сложностей в связи с его уникальностью. В процессе исследовательской деятельности встали вопросы о целесообразности увеличения толщины шайб вследствие их возможного разрушения при проведении стендовых испытаний, способности внутренних полостей и резьбовых соединений выдержать возникающие напряжения при перекрытии основного канала.
Рассмотрим конструкторское решение по опытному образцу устройства контроля притока. Объектом расчета на прочность является сборочный узел рисунок 1 представляющий собой корпус с двумя дроссельными пакетами, крышкой и портами для манометров, нагружаемый внутренним статическим давлением.

Целью расчета является определение предельного для конструкции давления, при котором нарушается целостность корпуса и резьбовых соединений. Критерием прочности служит предел текучести материала.
Расчет состоит из четырех этапов, соответствующих разным частям изделия:

• корпус НП703.0424.001 – расчет внутренних полостей;
• шайба дроссельного пакета НП702.0424.004;

Расчет внутренних полостей и резьбовых соединений устройства контроля притока.
С учетом условий агрессивности сред и высоких разнонаправленных давлений выбором материала послужила сталь 40Х. Для упрощения расчетов рассматривается половина корпуса, отделённая по вертикальной плоскости. К внутренним поверхностям модели приложено внутреннее давление P, значение которого задаётся путём подбора по критерию минимального запаса прочности.
К внутренним резьбам дополнительно приложены осевые усилия Fi = P×Si, где Si – площадь поперечного сечения резьбового отверстия по наружному диаметру. Параметры конечно-элементной сетки модели приведены на рисунке 2, свойства материала задаваемы ручным образом – рисунок 3, граничные условия и общий вид модели – рисунок 4.

Расчет эпюр запаса прочности резьбовых соединений представлен на рисунках 5.

Рассмотрим полученные эпюры напряжения и запаса прочности при критических давлениях. Решая задачу от обратного попытаемся найти критические давления, при достижении которых коэффициент запаса прочности приближается к 1. Коэффициент запаса прочности в наиболее слабых местах (витках резьбы и краях нижнего соединительного отверстия) приближается к 1 при достижении давления 160 Мпа, при этом большая часть резьбовых соединений имеет коэффициенты от 1,3 до 1,9, что говорит нам о высокой устойчивости соединений к динамическим нагрузкам в условиях эксплуатации.
Расчёт шайбы дроссельного пакета. Наибольшие опасения при проектировании конструкторского решения и подготовке к стендовым испытаниям вызывали шайбы дроссельного пакета - в их задачу входило ограничение притока путем создания перепада давления при прохождении каждой шайбы, а при закрытии основного канала существовал риск прорыва всей системы ограничителей. Работа по проектированию системы ограничителей основывалась на условии что при разработке гидросистем часто требуется дроссель, обладающий высоким гидравлическим сопротивлением и стабильной расходной характеристикой при колебаниях вязкости. Ввиду этого применяются многоступенчатые дроссели из нескольких последовательно расположенных дроссельных шайб, представленных на рисунке 7. Сопротивление такого дросселя регулируется подбором количества шайб в пакете [3].

Основной причиной опасений служила толщина описываемых объектов. Рассмотрим одностороннее воздействие расчетного предельного давления P = 160 МПа на шайбу дроссельного пакета, ограниченного с двух сторон вставками.
Параметры конечно-элементной сетки модели приведены на рисунок 8, свойства материала — рисунок 3, граничные условия и общий вид модели — рисунок 9.

Результаты расчёта приведены на рисунках 10, 11.
Анализ моделей, представленных на рисунках, позволяет говорить о достаточном потенциале коэффициента запаса прочности в резьбовых соединениях и шайбах дроссельных пакетов, так при критических перепадах давления 160 Мпа коэффициент запаса прочности в них составляет 1,5.