CC BY
49A.A. сабиров, к.т.н. РГУ нефти и газа имени И.М.Губкина д.Ю. ренев., с.н. сучок, ООО «ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ»
определение прочностных характеристик насосных штанг, эксплуатируемых в ооо «лукойл-пермь»
В настоящее время 68,9% скважин в ООО «ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ» эксплуатируется установками штангового скважинного насоса и добыча нефти этим способом добычи составляет 37,4%. Одной из основных причин отказов УШСН является обрыв насосных штанг, эта неисправность в 2007 г. составила 20% или 118 обрывов. Для выяснения причин повышенной обрывности насосных штанг в ООО «ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ» были проведены соответствующие исследования.
Признаками усталостного разрушения обладают все объекты (штанги), поступившие для исследования. Особенностью усталостного разрушения является его избирательный характер и зависимость от многочисленных факторов.
Избирательный характер заключается в том, что усталостная трещина зарождается в наиболее нагруженном и слабом звене структуры металла или объекта и развивается постепенно с ростом числа циклов нагружения, и только при достижении критического размера трещины происходит разрушение объекта. Экспериментальные исследования проводились на образцах, вырезанных из насосных штанг, которые были под-
няты из действующих скважин. Для определения марки стали (материала) поднятых штанг проводился химический анализ всех доставленных для коррозионно-усталостных испытаний участков штанг. Химический состав материала исследуемых штанг и соответствующие им марки сталей приведены в таблице 1.
Как показал анализ, в нефтедобывающих скважинах ООО «ЛУКОЙЛ - ПЕРМЬ» эксплуатируются штанги главным образом четырех марок сталей: 15Х2ГМФ, 15Х2НМФ, 20Н2М и40ХГМ. Для выбора коррозионно-активной среды при испытаниях образцов насосных штанг было проанализировано влияние этих сред на предел выносли-
вости при симметричном нагружении. Результат такого влияния представлен в таблице 2.
Сравнение полученных результатов показывает, что влияние примененных агрессивных сред на коррозионно-усталостную прочность насосных штанг с учетом оцененной погрешности отличается незначительно. Поскольку испытания в 3%-ном растворе NaCL наиболее распространены и легко воспроизводимы, что обеспечивает возможность сравнения результатов, полученных в разных лабораториях, все коррозионно-усталостные испытания проводились в 3%-ном растворе хлористого натрия. Результаты этих испытаний приведены на рис.1.
Таблица 1. Химический состав и марки стали исследуемых штанг
Сталь C Mn Si P S Cr Ni Mo V Cu
15Х2ГМФ 0,17 1,15 0,28 0,013 0,007 2,09 0,14 0,22 0,10 0,15
15Х2НМФ 0,17 0,56 0,30 0,012 0,011 1,97 1,16 0,27 0,12 0,11
20Н2М 0,23 0,58 0,29 0,013 0,013 0,22 1,73 0,30 - 0,10
40ХГМ 0,40 0,94 0,22 0,011 0,006 0,91 0,03 0,20 - 0,05
\\ ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ \\
№ 3 \\ март \ 2010
Таблица 2. Влияние агрессивной среды на предел выносливости штанг из стали 20 Н2М
№ Агрессивная среда о-1, МПа
1. 3% - раствор NaCL 123
2. Минеральная вода 123
3. Пластовая вода 130
Также были проведены испытания образцов бывших в эксплуатации штанг с целью определения их остаточной статической и коррозионно-усталостной прочности. Большинство испытанных образцов вырезано из разрушенных в скважине штанг вблизи места разрыва.
Всего испытано 12 образцов штанг из стали 15Х2НМФ, 22 образца штанг из стали 15Х2ГМФ, 5 образцов штанг из стали 20Н2М и 7 образцов штанг из стали 40ХГМ.
Установлено, что статические характеристики прочности и пластичности бывших в эксплуатации в течение 10 и более лет разрушенных штанг соответствуют нормативным и практически не изменились.
Статистический анализ результатов испытаний показал, что характеристики коррозионно-усталостной прочности образцов штанг из сталей 15Х2НМФ, 15Х2ГМФ и 20Н2М образуют единую выборку. Построенная по этим результатам вероятностная диаграмма коррозионной усталости приведена на рис.3. Средний предел выносливости на базе 107 циклов нагружения штанг из сталей 15Х2НМФ, 15Х2ГМФ и 20Н2М после эксплуатации в скважине 5 и более лет составил 108,8 МПа. Были также проведены коррозионно-усталостные испытания новых штанг НШ22 и
Число циклов
340 320 300 280 260
л с
2 240 к s
I 220
к
CL
| 200 180 160 140 120 100
1-Ю5 1-Ю6 1-Ю7 1-108
Рис.1. График усталостной прочности образцов новых штанг из стали 20Н2М База определения ограниченного предела выносливости N0 = 107 циклов. Средневероятностное значение ограниченного предела выносливости о-1 = 185.157 МПа.
Стандартное отклонение So-1 = 26.606 МПа.
Коррозионно-активная среда - 3%-ный раствор хлористого натрия в воде.
Р=( >,1 ,=с, 5 F-С ,э
\ \ \
\ v у
\ д
v а
\ \\
\ л\
СИБИРСКОЕ НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ БУРОВОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ ООО НПО «СибБурМаш»
СФЕРА НАШЕЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ:
исследование, разработка, изготовление и поставка бурового, нефтегазопромыслового и противовыбросового оборудования; научно-технические услуги и авторский надзор за вводом изделий в эксплуатацию, ремонт и обеспечение запчастями в течение гарантийного срока;
изготовление и поставка рукавов высокого давления;
сервис по отбору и анализу изолированного и герметизированного керна;
технико-технологическое сопровождение работ по креплению вторых стволов, в том числе и горизонтальных.
г. Тюмень, ул. Ветеранов труда, д. 58а Тел.: +7 (3452) 47-38-00, Факс: +7 (3452) 48-91-60 E-mail: [email protected] www.sibburmash.ru
i А
260
а,МПа
240 220 200 180 160 140 120 100 ВО 60 40 20
1-105 1-Ю6 1-107 1-Ю8
Рис.2. Диаграмма коррозионной усталости штанг, бывших в эксплуатации База определения ограниченного предела выносливости N0 = 107 циклов. Средневероятностное значение ограниченного предела выносливости о-1 = 108.8 МПа.
Стандартное отклонение Зс^ = 27.1 МПа.
Коррозионно-активная среда - 3%-ный раствор хлористого натрия в воде.
р= 0, 1 р э= 5 Р= 0,9
\ \
а I \ I
1 ^ v \ I
\ 11 \ I
\ \ I 1 |
I V
I
а, МПа
300 280 260 240 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0
1-105 1-Ю6 1-Ю7 1-Ю8
Рис.3. Графики коррозионной усталости новых и бывших в эксплуатации штанг База определения ограниченного предела выносливости N0 = 107 циклов. Ограниченный предел выносливости новых штанг с-1 = 187.7 МПа. Ограниченный предел выносливости старых штанг с-1 = 108.8 МПа. Стандартное отклонение предела выносливости для новых штанг = 24.5 МПа. Стандартное отклонение предела выносливости для старых штанг = 27.1 МПа. Коррозионно-активная среда - 3%-ный раствор хлористого натрия в воде.
НШ19 из стали 15Х2ГМФ. Статистический анализ показал, что все испытуемые 26 образцов составляют единую выборку. Средний предел выносливости на базе 107 циклов нагружения новых штанг из стали 15Х2ГМФ составил 187 МПа против 108,8 МПа для штанг, бывших в эксплуатации. Кривые коррозионно-усталостной прочности новых и бывших в употреблении штанг показаны на рис.3.
ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
• Разработана и опробована методика коррозионно-усталостных испытаний для определения ограниченного предела усталостной прочности насосных штанг при симметричном изгибе образцов в среде 3%-ного хлористого натрия в воде.
• С помощью разработанной методики определены характеристики усталостно-коррозионной прочности насосных штанг, применяемых в ООО «ЛУКОЙЛ-ПЕРМЬ».
• Проведено сравнение предела коррозионно-усталостной прочности новых и вывших в эксплуатации насосных штанг.
• Выяснено, что ограниченный предел циклической прочности штанг из стали 15Х2ГМФ после эксплуатации в скважине в течение 5 и более лет снижается на 40 %.
• Для повышения надежности работы штанговых колонн необходима отбраковка насосных штанг, отработавших в скважине более 2,5-3 лет.
Литература:
1. Круман Б.Б. Глубиннонасосные штанги. М.: Недра, 1973. 181 с.
2. Ришмюллер Г. Добыча нефти глубинными штанговыми насосами. Шелер-Блекман ГМБХ, 1988. 150 с.
3. Романов В.В. Влияние коррозионной среды на циклическую прочность металлов. М.: Наука, 1969. 220 с.
4. Вассерман И.Н., Шардаков И.Н., Вас-серман Н.Н. Влияние режима работы глубинной насосной установки на долговечность штанговой колонны //Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2004. №5. С. 7-9.
5. Исследование коррозионной усталости насосных штанг. Отчет о научно-исследовательской работе. Ивано-Франковский национальный технический университет нефти и газа. Ивано-Франковск, 2002.
^ Завод теплогидроизоляции труб
® сибпромкомплект
Завод основан в 1998 году
Продукция ЗАО «Сибпромкомплект» сертифицирована. Изделия для нефте- и газопроводов внесены в реестры допущенных к использованию ОАОАК «Транснефть» и ОАО «Гззпром».
Продукция завода имеет разрешение к применению от Ростехнадзора, сертификат пожарной безопасности. Производство сертифицировано в системе менеджмента качества ГОСТ РИСО 9001-2001.
ЙЙ
Энергоэффективная теплоизоляция трубопроводов
• Теплогидроизоляция труб и деталей нефтегазопроводов, диаметр до 1420 мм.
• Трубы и детали трубопроводов с внутренним антикоррозионным покрытием.
• Трубы с одно-двух- или трехслойным антикоррозионным покрытием.
• Детали трубопроводов с антикоррозионным термореакгивным покрытием.
• Теплогидроизолированные трубы с балластным покрытием путем обетонирования для подводных магистральных трубопроводов.
• Конструкции трубопроводов с тепловой ППУ изоляцией с системами элекгрообогрева.
• Противопожарные вставки с изоляцией из негорючих материалов.
• Неподвижные и скользящие опоры различных конструкций для трубопроводов в тепловой изоляции и без.
• Обсадные термоизолированные колонны для бурения скважин на вечной мерзлоте.
• Другие виды продукции для трубопроводов.
Поставка продукции железнодорожным, автомобильным и водным транспортом в сжатые сроки. Телефон для заказа продукции: (3452)22-55-60, 49-05-78, 49-05-79
I ЗАО «Сибпромкомплект»
I 625014, г. Тюмень, ул. Республики, 250
I Профессионализм И надежность Тел./факс: (3452)22-56-00(приемная)
s E-mail: [email protected]
www.slbpromkom.ru
