книги / Технологические процессы и технические средства для глубинно-насосной эксплуатации нефтяных скважин

По результатам коррозионно-усталостных испытаний упрочненных растяжением и кручением фрагментов насосных штанг на пульсаторе УРС-20/600 при асимметричном нагружении с характери-

стиками цикла R = Rmin = 0,05 среднее значение предела выносли-

Rmax

вости составило 185 МПа при базе испытаний 5,0·106 циклов.

По результатам коррозионно-усталостных испытаний насосных штанг по схеме плоский изгиб при симметричном нагружении в среде 3%-го раствора NaCl из стали 15Х2ГМФ предел выносливости составил 130 МПа для неупрочненных образцов и 190 МПа для упрочненных образцов по оптимальному режиму при базе испытаний

5,0·106 циклов.

Предел выносливости упрочненных штанг из стали 20Н2М (низкотемпературный отжиг) превосходит предел выносливости неупрочненных штанг до 85 %.

Технические средства КШ01 и КШ02 (см. прил. 2), реализующие данный технологический процесс, широко используются в нефтегазодобывающих предприятиях ОАО НК «ЛУКОЙЛ», АНК «Башнефть», ОАО «Сургутнефтегаз», Тюменской нефтяной компании, ОАО «Сиб- нефть-Ноябрьскнефтегаз», АНК«Татнефть».

1.10. Механические и эксплуатационные характеристики полых насосных штанг для нефтедобычи с проходным сечением более 260 мм², конструкций ООО ПКТБ «Техпроект» и ЗАО «Элкамнефтемаш»

Полые штанги насосные с проходным сечением более 260 мм2 из эксплуатации на скважине №652 Баклановского и скважине № 742 Павловского месторождения нефти предназначены:

–для обеспечения возвратно-поступательного движения плунжера глубинного насоса;

–одновременно-раздельной эксплуатации двух и более продуктивных пластов, включая фонтанирующие пласты;

–путевого подогрева ствола скважины и добываемой жидкости

сиспользованием протяженных электронагревателей;

101

– подачи реагентов, теплоносителя на прием глубинного насоса для отбора вязкой или высоковязкой, высокоррозионной жидкости, предотвращения АСПО, исключения образования гидратов и т.д.

1.10.1. Характеристики исследуемого объекта со скважины № 652 Баклановского месторождения нефти

ООО«ЛУКОЙЛ-Пермь»

Полые штанги насосные в составе оборудования для одновременно раздельной эксплуатации двух пластов скважины № 652 Баклановского месторождения нефти ООО «ЛУКОЙЛ-Пермь» предназначены для передачи возвратно-поступательного движения к плунжеру глубинных насосов и для транспортировки добываемой жидкости к устью скважины. Из участка полой штанги насосной, представленного на рис. 1.33, вырезаны фрагменты для установления механических характеристикматериала штанги и ее эксплуатационных показателей [55].

Рис. 1.33. Общий вид муфты и концевого участка полой штанги насосной (скважина № 652 Баклановского месторождения): 1 – соединительная муфта, маркировка 42-D0306, изготовитель муфты ФГУП «Серовский механический завод»; 2 – концевой участок полой штанги насосной, маркировка ее тела 00 301106, резьба поГОСТ 633–80 для НКТ сусловнымдиаметром 42 мм

Изготовитель данной полой штанги – ОАО «Пермский научноисследовательский институт», разработчик – ООО ПКТБ «Техпроект», г. Пермь. Ее разрушение произошло 26.06.2009 г., излом на 6-й впадине по резьбе, отсчет со стороны тела 94-й штанги; наработка на отказ составила 1 149 120 циклов при силовом циклическом воздействии, характер нагружения полых штанг представлен на рис. 1.34.

102

Для выявления причин преждевременного разрушения 94-й штанги со скважины № 652 Баклановского месторождения на основе промысловых данных (режимов отбора жидкости, пространственного положения ствола скважины, конструкций колонн из полых насосных штанг за период с 25.06.2006 г. по 31.12.2009 г.), приведенных на рис. 1.34, в табл. 1.15, 1.16, визуальных и инструментальных исследований, представленных в табл. 1.17, 1.18, осуществлен анализ и математическая обработка рассматриваемого материала.

Таблица 1 . 1 5

Конструкции колонн из полых штанг насосных для раздельной эксплуатации двух пластов (скважина № 652 Баклановского месторождения нефти ЦДНГ-8)

104

Окончание табл. 1 . 1 5

Таблица 1 . 1 6

Величины отклонения концевого участка полой штанги насосной в скважине № 652 Баклановского месторождения нефти

Примечание. 1. Величина наибольшего расхождения между Аni+1 – Аni составила 0,25° и с учетом погрешности инклинометра модели КИТ равна 0,55°. 2. Наибольшаявеличинаотклоненияодногоконцевогоучасткакдругомуполойштанги насоснойдлиной10 мсоставила96 ммприналичиивозможногозащемления.

105

Общий вид участка полой штанги и муфты представлен на рис. 1.33, визуальная и инструментальная характеристика участка полой штанги представлена в табл. 1.17 и изложена в последующем материале.

Таблица 1 . 1 7

Визуальная и инструментальная характеристика участка полой штанги насосной со скважины № 652 Баклановского месторождения нефти

По результатам эмиссионного спектрального анализа установлено, что полая штанга выполнена из конструкционной легированной стали типа 40Х (табл. 1.18) Содержание фосфора и серы в стали – менее 0,04 %. Твердость штанги, измеренная по методу Бриннеля, составляет 185–189 НВ.

106

Таблица 1 . 1 8

Химический состав материала полой штанги

Примечание. Химический состав материала фрагмента полой штанги удовлетворяет требованиям ГОСТ 1050–88.

Металлографическим анализом установлено, что структура материала концевого участка полой штанги представлена ферритоперлитом без каких-либо следов улучшения и упрочнения. На наружной и внутренней поверхностях гладкой части штанги вне резьбы наблюдается обезуглероживание без учета его протяженности на глубину ~0,1 мм (рис. 1.35). На резьбе фрагмента концевого участка полой штанги обезуглероживание в подповерхностном слое не выявлено. Дефектов металлургического характера типа трещин, закатов, расслоений металла не обнаружено.

Визуально установлено, что штанга разрушилась на шестой впадинеотконцасбегарезьбы, вместеокончаниярезьбымуфты(рис. 1.36).

На боковой поверхности муфты присутствуют вмятины – следствие ударных нагрузок; край муфты механически поврежден и пластически деформирован (рис. 1.37).

При микроскопическом исследовании установлено, что разрушение развивалось из впадины резьбы. Излом имеет типичное усталостное строение: присутствуют очаг разрушения, рубцы и зона долома. Строение излома свидетельствует о приложении циклических нагрузок, преимущественно растягивающих (рис. 1.38).

Таким образом, по результатам проведенных исследований можно сделать вывод, что разрушение штанги преимущественно усталостное.

107

Таблица 1 . 1 9

Результаты механических испытаний

Примечание. * – среднее по двум образцам.

насосных штанг группы прочности D, за исключением ударной вязкости, величина которой ниже требования ГОСТ Р 51161–2002. Механические свойства материала головки соответствуют свойствам материала штанг группы прочности С, за исключением ударной вязкости, величина которой выше требования ГОСТ Р 51161–2002.

1.10.2. Характеристика исследуемого объекта со скважины № 742 Павловского месторождения нефти

ООО «ЛУКОЙЛ-Пермь»

Полая штанга насосная в составе оборудования для одновре- менно-раздельной эксплуатации двух пластов скважины № 742 Павловского месторождения нефти ООО «ЛУКОЙЛ-Пермь» предназначена для обеспечения возвратно-поступательного движения плунжера глубинного насоса и для транспортировки добываемой жидкости к устью скважины [56]. Из полой подгоночной штанги насосной (изготовитель полой подгоночной штанги – ЗАО «Элкамнефтемаш», разработчик– ЗАО «Элкамнефтемаш», дата разрушения июль 2009 г., период наработки на отказ – 8 170 572 циклов) был вырезан фрагмент для установления механических свойств ее материала.

Внешний вид фрагмента полой штанги насосной со скважины № 742 Павловского месторождения представлен на рис. 1.39, 1.40.

Для выявления причин преждевременного разрушения полой штанги со скважины № 742 Павловского месторождения на основе промысловых данных (режимов отбора жидкости), конструкций ко-

110