Подовження ресурсу насосних штанг з дефектами нанесення поліуретанових покриттів

Размещено на http://allbest.ru

2

Івано-Франківський національний технічний університет нафти й газу

Копей Богдан Володимирович, доктор технічних наук,

професор, завідувач кафедри нафтогазового обладнання

Мартинець Оксана Романівна, асистент кафедри РЕНГР

Анотація

В останні роки в нафтовій промисловості України постійно зростає діючий фонд механізованих свердловин, з яких більше половини складають свердловини, обладнані штанговими свердловинними насосами. Експлуатація таких свердловин пов'язана з цілим рядом ускладнень, які часто призводять до аварій зі штангами. Штанги - одне з основних ланок у штангових насосних установках, і від їх надійності та довговічності залежить величина видобутку нафти і її собівартість при експлуатації свердловин штанговими насосними установками.

Ключові слова: насосні штанги, навантаження, тріщини, напруження, поломки.

Аннотация

Продление ресурса насосных штанг с дефектами нанесения полиуретанового покрытия

Копей Богдан Владимирович доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой нефтегазового оборудования Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа

Summary

Replacement of the power steam with defects application of polyurethane coatings

Kopey Bogdan, Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of the Department of Oil and Gas Equipment Ivano-Frankivsk National Technical University of Oil and Gas

Martynets Oksana Assistant of the Department of Development and Exploitation of Oil and Gas Fields Ivano-Frankivsk National Technical University of Oil and Gas

Для намагнічування зразків штанг використовували магнітний дефектоскоп ПМД-70 (рис. 1) (блок управління № 396 та блок імпульсний № 378 по ТУ25-06.1604-79) для формування намагнічуючого струму з пристроями для намагнічування постійним магнітним полем, що входять в комплект дефектоскопа: соленоїд (рис. 1) -- для намагнічування вздовж осі штанг, та приставний електромагніт (рис. 2) для намагнічування поперек осі.

Рис. 2

Рис. 3

Для індикації та візуалізації місць розташування, визначення форми та протяжності дефектів типу порушення суцільності застосовували рідкий магнітний аерозоль (магнітну суспензію чорного порошку) MR76 S фірми MR ® Chemie Gmbh (Німеччина). Для виявлення, огляду та аналізу дефектів застосовувалась оглядова лупа ЛПК-471 (2^Х). Реалізація технології контролю проводилась у відповідності до:

1) ГОСТ 21105 «Контроль неруйнівний. Магні- топорошковий метод»;

2) ISO 6933;

3) PrEN13262;

4) DIN EN ISO -- 9934-1,2,3;

5) AAR M 107.

В даних умовах проведення контролю забезпечувалась умовна чутливість магнітопорошкового контролю «В» згідно ГОСТ 21105, що забезпечує виявлення поверхневих дефектів мінімальної умовної довжини 2 мм з шириною розкриття не менше 25 мкм.

Технологічний процес контролю заданих штанг включав такий перелік операцій:

1. Підготовка об'єктів контролю. З поверхні ділянок контролю штанг (тіло та піделеваторний бурт) було видалено пил, продукти корозії і інші забруднення. Поверхні із залишками забруднення очищалися вручну за допомогою металевих щіток з незначними натискними зусиллями і миючих препаратів. Оскільки дані об'єкти контролю характеризувалися темною поверхнею і передбачалося проводити контроль із застосуванням чорного магнітного порошку, то на очищену і знежирену контрольовану поверхню було нанесено фонове покриття завтовшки до 20 мкм аерозольною білою фарбою-контрастом MR72 фірми MR ® Chemie Gmbh (Німеччина), що забезпечило необхідний контраст дефектів на фоні поверхні зразків.

2. Підключення, налаштування та перевірку роботоздатності дефектоскопа проводили згідно керівництва з експлуатації, що входить в комплект дефектоскопа. Перевірку працездатності дефектоскопу і якості дефектоскопічних матеріалів здійснили за допомогою стандартного зразка РСО-МД-15-09 згідно ГОСТ 21105-87.

3. Для намагнічування контрольованих зразків застосовували полюсне поздовжнє (соленоїдом) та поперечне (приставним електромагнітом) намагнічування для виявлення поперечних па поздовжніх відносно осі штанг тріщино подібних дефектів. Враховуючи особливості матеріалу штанг, контроль проводився по залишковій намагніченості. Струм намагнічування -- постійний, величини струмів 15 А -- при намагнічуванні приставним електромагнітом, 45 А -- при намагнічуванні соленоїдом.

4. Магнітна суспензія наносилась після намагнічування аерозольним способом із аерозольного балона ємкістю 500 мл -- так званий мокрий спосіб нанесення індикаторного порошку.

5. Після стікання залишків суспензії з поверхні контрольованих штанг проводився візуальний огляд поверхонь із застосуванням оглядової лупи двократного збільшення. Огляд проводився при комбінованому видимому освітленні яскравістю не менше 1000 лк.

6. Виявлені в ході контролю тріщиноподібні дефекти фіксувалися на цифрову фотокамеру і зберігалися в ПК для їх подальшого аналізу. Результати контролю представлені на фотознімку (рис. 4).

Рис. 4. Тріщини втоми, утворені в тілі штанг після випробувань при змінному напруженні о=140 МПа

Випробовування штанг проводили на втомній машині ЗКШ-25 на протязі часу, який складає 50...75% довговічності штанг з початку навантаження до поломки.

Рис. 5. Криві корозійної втоми насосних штанг діаметром 22 мм з сталі 20Н2М серійних (1, 2) і оброблених металевими щітками і з нанесенням поліуретанового покриття (3, 4)

1 -- до повного руйнування, 2 -- з вирощеними в тілі дефектами до 75-97% повного ресурсу, 3 -- нові штанги, 4 -- з тріщинами, відновленими запропонованим методом

На рис. 5 приведені криві втоми штанг до повного руйнування (крива 1) і з вирощеними в їх тілі дефектами до 50.75% ресурсу (крива 2). Потім зразки знімали з машини, проводили дефектоскопію і обробляли металевими щітками та робили нанесення поліуретанового покриття на поверхню штанги. Наступні випробування відновлених таким методом штанг, які проводили при більш високих напруженнях (на 25% вище раніше діючих), показали значне підвищення їх ресурсу в порівнянні з незміцненими зразками (крива 4). Границя обмеженої витривалості відновлених штанг збільшилася в 1,5...2,0 рази при низьких рівнях напружень (70-150) МПа і в 4.10 раз при високих рівнях напружень (150-250) МПа. При дії змінних напружень біля 250 МПа ресурс відновлених штанг досягає ресурсу нових зміцнених штанг і навіть може перевищити його (крива 3 на рис. 5). Випробування підтвердили можливість відновлення насосних штанг з експлуатаційними дефектами за рахунок значного гальмування їх росту.

Ефективність ремонту штанг з дефектами визначали за формулою:

k = N/N,

де N_p -- довговічність відремонтованих штанг, які мають дефекти типу втомних тріщин;

N -- довговічність нових стандартних штанг.

Експериментально доказано [2], що відновленню підлягають насосні штанги, які мають глибини корозійно-втомних тріщин до 2-3 мм, максимум до 4 мм, коли величина ефективності k > 1 (рис. 6).

Рис. 6. Залежність ефективності ремонту k насосних штанг комбінованим методом від глибини корозійно-втомної тріщини h_e

Недопустимо відновлення насосних штанг з дефектами глибиною Н_в > 4 мм. Наприклад, при Н_в = 6,2 мм ефективність ремонту різко понижується і її значення складає величину менше 1 (k = 0,84), тобто ресурс зміцнених штанг з дефектом вказаної глибини менше ресурсу серійних штанг. Критичні розміри дефектів в даному випадку близькі до запропонованих раніше [2] і можуть бути критеріями відбракування при ремонті штанг, які були в експлуатації. дефектоскоп свердловина покриття штанга

На основі проведених експериментів запропоновано рівняння експоненційної регресії, яке дозволяє визначити ефективність ремонту k в залежності від глибини зміцненої втомної тріщини:

k=5,65е^-0'⁴⁹*^в.

Висновки з даного дослідження

Насосні штанги, які проробили певний час в свердловині, також можливо відновити шляхом нанесення полімерних покриттів чи металополімерів. В таблиці 1 приведені результати лабораторних випробувань штанг, які відпрацювали в свердловинах ПАТ «Укрнафта» і Азербайджанської нафтової компанії SOCAR від 2 до 8 років. На підставі аналізу результатів випробувань нових і відпрацьованих в свердловинах насосних штанг можливо зробити висновок, що нанесення поліуретанового покриття збільшує довговічність штанг в декілька раз.

Таким чином, зміцнення нових і насосних штанг, які були в експлуатації, дозволяє значно підвищити довговічність перших і продовжити час роботи штанг, які проробили певний час в агресивних середовищах в нафтових свердловинах. Це, в свою чергу, дозволить скоротити витрату штанг, які вводяться в експлуатацію. Отримано патент на вказану технологію (Патент на корисну модель № 116217) [3].

Таблиця 1

Довговічність відпрацьованих в свердловині насосних штанг після нанесення полімерного поліуретанового покриття

* -- Азербайджанська нафтова компанія SOCAR ** -- НГВУ «Долинанафтогаз» ПАТ «Укрнафта»

Література

1. Копей Б. В., Федорович Я. Т. Устранение технологических и эксплуатационных дефектов насосных штанг с одновременным их упрочнением. Обзорная информация, ВНИИОЭНГ. М. -- 1987. -- 42 с.

2. Копей Б. В., Копей В. Б., Копей І. Б. Насосні штанги свердловинних установок для видобування нафти. Монографія. Івано-Франківськ, ІФНТУНГ, 2009. -- 406 с.

3. Копей Б. В., Мартинець О. P., Ісса Салман. Спосіб ремонту насосних штанг за допомогою металевих обертових щіток. Патент на корисну модель № 116217. По заявці u 2016 12230 від 01.12.2016. Опубл. 10.05.2017, Бюл. № 9.

Размещено на Allbest.ru