WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

В США основным методом уменьшения влияния интенсивного искривления скважин признается бурение наиболее качественных наклонно направленных скважин, без резких искривлений. Естественно, что повышается стоимость бурения, но при этом число интенсивно искривленных (аварийных) скважин в США незначительно, а показатели кривизны скважин в процессе глубиннонасосной эксплуатации их считают второстепенными. В свою очередь, сравнительный анализ долговечности российских и зарубежных штанговых насосов показывает возможность роста межремонтного периода УШГН в России за счет применения оборудования ведущих зарубежных фирм на 25…40 %.

Тем не менее, одним из важнейших отличий, осложняющих работу глубинных насосов, является интенсивное искривление скважин вследствие низкого качества их строительства. В интенсивно искривленных скважинах наряду с продольными динамическими нагрузками на штанги действуют поперечные динамические нагрузки, асимметричность циклов нагружения, дополнительные изгибающие, скручивающие усилия, а также упругие пространственные деформации штанг, особенно на участках знакопеременной кривизны.

Как показали исследования А.В. Локтева, профиль 62,5 % скважин Западной Сибири не соответствовал российским стандартам по ограничению интенсивности искривления ствола. Интенсивность набора кривизны 18 % скважин достигала 5 градусов на 10 м. К скважинам такого сложного профиля отечественные и импортные глубинные насосы не приспособлены. Это одна из основных причин неудачного внедрения импортных насосов на некоторых месторождениях.

Как показали исследования Ю.В. Пчелинцева, влияние кривизны начинается при значительно меньших отклонениях от вертикали. В результате анализа были выделены некоторые показатели кривизны, оказывающие приоритетное влияние на работу глубинных насосов в интенсивно искривленных скважинах. Типовой профиль пробуренных наклонно направленных скважин в Тюменской области, как правило, включает четыре интервала:

• вертикальный участок 20...200 м,

• участок интенсивного набора кривизны до 500 м,

• участок стабилизации зенитного угла до 1500 м,

• участок снижения интенсивности кривизны с последующим приближением к вертикали.

Тем не менее, вращение бурильного инструмента создает предпосылки смещения его в определенном направлении. Соответственно корректировка ствола, как правило, осуществляется в противоположном направлении. Проходка пород разных плотностей и углов напластования при различных параметрах работы бурового инструмента и качестве бурового раствора стимулирует появление дополнительных искривленных участков с индивидуальными и неповторимыми параметрами кривизны.

Существенное и активное влияние на характер и интенсивность протекания износа оказывает среда. Именно в таких условиях работают детали гидравлической части НКТ, колонна штанг, скважинные насосы, подверженные абразивному изнашиванию и воздействию специфических сред: промывочных жидкостей, нефти, газа, кислотных и других растворов. Наиболее активно идет коррозионно-механическое изнашивание штанговых муфт, протекающее при трении металлов, вступивших в химическое взаимодействие со средой.

Анализ исследования мест обрыва насосных штанг по ТПП «Лангепаснефтегаз» показал (таблица 1), что для штанг диаметром 19 мм около
70 % обрывов приурочены к интервалу до 250 мм от галтельной части, около
7 % от 250 до 500 мм, около 6 % в ниппельной части, т.е. в местах, наиболее тонких и подверженных нагрузкам, что соответствует местам максимальных напряжений расчётной схемы нагруженного стержня с резьбовой конечной частью (рисунок 3).

Рисунок 3 График обрывности штанг диаметром 19 мм

в ТПП «Лангепаснефтегаз»

Таблица 1 Анализ обрывности штанг диаметром 19 мм (мест обрыва)

за период январьиюль 2008 г.

Место обрыва

штанги

Месяц

Кол-во случаев

% от общего кол-ва расследований обрывов

1

2

3

4

5

6

7

1

До 250 мм от галтельной части

10

11

13

17

14

10

17

92

70

2

От 250 до 500 мм от галтел. части

2

-

-

1

3

3

-

9

7

3

От 500 до

1000 мм от

галтел. части

1

-

-

-

2

-

1

4

3

4

От 1000 до

2000 мм от

галтел. части

-

-

1

2

-

1

-

4

3

5

До 3000 мм

от галтел. части

-

-

1

1

1

1

2

6

4,5

6

До 4000 мм

от галтел. части

-

-

-

-

2

-

-

2

2

7

Муфта

-

2

-

1

-

2

1

6

4,5

8

Переход от резьбы до галтел. части

-

-

-

-

-

-

-

0

0

9

Ниппельная часть

2

1

-

3

-

1

1

8

6

Всего расследованных обрывов

15

14

15

25

22

18

22

131

100

Следовательно, конструкция штанги при ее работе в наклонно направленных скважинах не обеспечивает условие равнопрочности и требует своего совершенствования и совершенствования технологии изготовления.

Как показало изучение статистики обрывов штанг в интенсивно искривленных скважинах, большинство обрывов происходит либо на участках резкого искривления профиля скважины, либо в нижней части колонны штанг. Основное число обрывов штанг происходило на расстоянии от 0 до 250 мм от конца штанги.

Во второй главе рассмотрена технология упрочнения насосных штанг с повышенной коррозионно-усталостной прочностью.

При эксплуатации насосные штанги подвергаются совместному воздействию циклических нагрузок и коррозионной среды, что приводит к возникновению коррозионно-усталостных трещин. Недостаточный ресурс работы штанговых колонн обуславливает необходимость поиска экономически приемлемых путей повышения предела коррозионной усталости. Эффективным является использование высоколегированных сталей. Однако их значительная стоимость делает этот метод малодоступным для широкого применения. При производстве насосных штанг остаточные напряжения могут быть созданы специальными видами термообработки, дробеструйной обработкой, упругопластическим деформированием (пластическим растяжением, пластическим скручиванием, пластическим растяжением со скручиванием) и обкаткой.

Также известна технология упрочнения насосных штанг «Ротермикс». Отличие этой технологии от стандартной для штанг дробеструйной обработки заключается в комплексном термомеханическом воздействии на поверхностный слой. Эффективность технологии установлена при стендовых испытаниях на коррозионную усталость. Испытания проводились путем нагружения испытуемого образца, помещенного в коррозионную среду (3 %-ный водный раствор NaCI), с частотой 30 Гц круговым консольным изгибом. Технология «Ротермикс» на низколегированной стали марки 35Г2 обеспечила повышение -1 по сравнению со стандартной технологией упрочнения в 1,6 раза. Применение этой новой технологии позволило повысить предел коррозионно-усталостной прочности в 1,4 раза даже по сравнению с существенно более легированной и более прочной сталью марки 15Х2ГМФ. Стоимость этих сталей различается на 15 %.

Можно ожидать, что применение технологии «Ротермикс» для сталей более высокого класса (например марки 15Х2ГМФ) приведет к еще более высоким значениям предела коррозионно-усталостной прочности.

Следует отметить, что результаты стендовых испытаний полностью объясняются общепризнанной теорией циклической прочности сталей.

Понятно, что детали, подвергающиеся длительной повторно-переменной нагрузке, разрушаются от усталости при напряжениях, значительно меньших предела прочности материала при статическом нагружении. Поэтому показатели статической прочности, т.е. временное сопротивление в и предел текучести 0,2 или т, не пригодны для расчетов на прочность таких деталей.

Расчеты в этих случаях проводят по показателю циклической прочности пределу выносливости -1. Типичным примером изделий, работающих на усталость, являются насосные штанги, применяемые в качестве передаточного звена от станка-качалки (привода) к штанговому насосу плунжерного типа. В течение каждого рабочего цикла штанги испытывают переменные растягивающие и изгибающие нагрузки. Число циклов нагрузок, которые металл выдерживает до разрушения, зависит от максимального напряжения mах и амплитуды цикла а: а = (mах min)/2. По мере уменьшения величины напряжения число циклов, вызывающих разрушение, увеличивается и при некотором достаточно малом напряжении становится неограниченно большим. Это напряжение, называемое физическим (истинным) пределом выносливости (-1), лежит в основе прочностного расчета деталей. Однако для многих металлов и сплавов не существует истинного предела выносливости. Это значит, что и после осуществления весьма большого числа циклов (106...108) наблюдается дальнейшее медленное снижение разрушающего напряжения. В этих случаях определяют условный предел выносливости, т.е. такое напряжение, при котором образец не разрушается за определенное число циклов, называемое базой испытаний. Для насосных штанг за такое число циклов принята величина 5х106 (ГОСТ 13877-96). При усталости деталь разрушается вследствие возникновения и развития усталостных повреждений.

Известно, что повысить усталостную прочность деталей можно конструкторскими и технологическими методами. К конструкторским методам относятся, во-первых, придание детали форм, благоприятных для циклической прочности, и, во-вторых, применение более выносливых материалов.

Применительно к насосным штангам первый путь давно уже полностью исчерпан. Второй путь является возможным, но практически малоприемлемым, т.к. для повышения выносливости штанг необходимо применение сталей, высоколегированных такими дорогостоящими металлами, как хром, молибден и, в особенности, никель. Хорошо зарекомендовали себя стали 20Н2М, 15НЗМА, 15Х2НМФ, однако широкое применение их сдерживают значительные цены на легирующие.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»