книги / Технологические процессы и технические средства для глубинно-насосной эксплуатации нефтяных скважин
..pdfлонн из полых штанг насосных, пространственного положения ствола скважины, визуальных и инструментальных исследований, представленных на рис. 1.41, в табл. 1.20–1.23, осуществлен анализ и математическая обработка рассматриваемого материала.
Рис. 1.39. Общий вид муфты и концевого участка полой штанги насосной со скважины № 742 Павловского месторождения нефти: 1 – соединительная муфта; 2 – концевой участок полой штанги
Рис. 1.40. Общий вид концевого участка полой штанги и муфты в зоне разрушения: 1 – муфта соединительная; 2 – концевойучасток полой штанги в зоне разрушения; 3 – конусообразный предмет; а – общий вид соединительной муфты с конусообразным предметом (вид сверху); б– общийвид соединительной муфтысконусообразным предметом (вид сбоку)
111
Рис. 1.41. Данные работы внутрискважинного оборудования за период с 20.03.2009 г. по 21.03.2009 г. (скважина № 742 Павловского
месторождения нефти): а – динамограмма и отчет за 20.03.2009 г.; б – динамограмма и отчет за 21.03.2009 г.
112
Таблица 1 . 2 0
Конструкции колонн из полых штанг насосных (скважина № 742 Павловского месторождения нефти (ЦДНГ-1))
Датаспуска |
Конструкцияколонныштанг, |
Датавыходаколонны |
||
исполнение, группапрочности, |
полыхштангизстроя, |
|||
(смены, перекомпоновки) |
||||
колонныштанг |
длина, количество |
местоположениезоны |
||
Перваяступень |
Втораяступень |
разрушения |
||
|
||||
19.07.2006 г. (всоставе |
ШНП33×6, |
ШНП32×6,5, |
26.12.2006 г. – |
|
оборудованияОРРНЭО). |
длинаступени |
длинаступени |
5-яштанга(резьба) |
|
С26.12.2006 г. по |
600 м(65 шт.) |
500 м(100 шт.) |
Примечание: полые |
|
28.03.2007 г. скважина |
|
|
штангизаполнены |
|
иоборудованиевпростое |
|
|
АСПО |
|
|
ШНП34×8, |
ШНП32×6,5, |
Текущеечислонеуста- |
|
|
длинаучастка |
длинаучастка |
новлено. 08.2008 г. – |
|
28.03.2007 г. |
184 м(20 шт.) |
265 м (50 шт.) |
77-яштанга(резьба) |
|
ШНП34×6, |
ШНП34×5, |
|
||
|
|
|||
|
длинаучастка |
длинаучастка |
|
|
|
207 м(35 шт.) |
294 м(34 шт.) |
|
|
|
ШНП42×4, |
ШНП33×6,5, |
29.07.2009 г. – |
|
19.03.2009 г. |
длинаступени |
длинаступени |
85-яштанга(резьба) |
|
|
314 м(84 шт.) |
606 м(100 шт.) |
|
Величины, характеризующие отклонение концевого участка полой штанги насосной от вертикали, установленные расчетным путем, представлены в табл. 1.21.
Таблица 1 . 2 1
Величины отклонения концевого участка полой штанги насосной в скважине № 742 Павловского месторождения нефти
Выборочные результаты |
Величина |
Величина отклонения |
|
инклинометрии скважины |
расхождения |
концевого участка полой |
|
ГлубинаНпостволу |
Зенитный угол |
между Аni+1 – Аni |
штанги длиной 10 м, мм |
скважины, м |
Аn, град |
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
10,00 |
0,75 |
– |
– |
19,00 |
2,00 |
0,25 |
43,4 |
40,00 |
2,37 |
– |
– |
50,00 |
2,50 |
0,23 |
40,17 |
120,00 |
3,00 |
– |
– |
130,00 |
3,00 |
0,00 |
– |
140,00 |
|
|
|
113
Окончание табл. 1 . 2 1
1 |
2 |
3 |
4 |
|
260,00 |
2,37 |
– |
– |
|
270,00 |
2,50 |
0,23 |
40,17 |
|
390,00 |
1,25 |
–1,25 |
– |
|
400,00 |
4,50 |
3,25 |
566,00 |
|
410,00 |
6,50 |
2,00 |
|
|
420,00 |
9,25 |
2,75 |
|
|
430,00 |
12,25 |
3,00 |
|
|
440,00 |
16,08 |
3,83 |
|
|
450,00 |
19,00 |
2,92 |
350 |
|
459,00 |
21,00 |
2,00 |
||
|
||||
1070,00 |
14,25 |
– |
|
|
1080,00 |
12,25 |
–2,00 |
|
|
1150,00 |
7,00 |
– |
|
|
1160,00 |
6,50 |
–1,50 |
|
Примечание: 1. Величина наибольшего расхождения между Аni+1 – Аni составила 3,83° и с учетом погрешности инклинометра (КИТ или КИТа) равна 4,13°. 2. Наибольшая величина отклонения одного концевого участка к другому полой штанги насосной длиной 10 м составила ~610 мм при величине наибольшего расхождения между Аni+1 – Аni, равной 4,13°.
Таблица 1 . 2 2
Визуальная и инструментальная характеристика фрагмента полой штанги насосной со скважины № 742 Павловского месторождения нефти (ЦДНГ-1)
Датаразрушенияполой |
Геометрическиеразмерыфрагмента |
|
штанги, характеристика излома |
Кольцевойучастокполойштанги |
Муфта |
29.07.2009 г. изломна6-йвпа- |
Маркировка– отсутствует. |
Маркировкаот- |
дине(порезьбе), отсчетсосто- |
Наружныйдиаметр33,9 мм(со сто- |
сутствует. |
ронытелаштанги. Обнаруже- |
роны, противоположнойизлому). |
Наружныйдиа- |
ныАСПО, всреднем3 ммна |
Внутреннийдиаметр18,2 мм(состо- |
метр49,8 мм. |
сторону. Величинапроходного |
роны, противоположнойизлому). |
Длина90,0 мм. |
сеченияотверстия260 мм². |
Наружныйдиаметр33,4 мм(состо- |
Проточка, ширина |
Примечание: полаяштанга |
роныизлома). |
7,0 мм(заполнена |
насоснаясусловным наруж- |
Внутреннийдиаметр– 18,5 мм |
эластомером) |
нымдиаметром 33,9 мм, под- |
(состороныизлома). |
|
гоночная |
Резьба LP 1˝– 1½ |
|
Примечание. 1. Изготовитель полой штанги – ЗАО «Элкамнефтемаш». 2. Изготовитель муфты – ЗАО «Элкамнефтемаш».
114
На основе фактического объекта со скважины № 742 Павловского месторождения нефти выполнены исследования и установлены показатели, выборочно представленные в табл. 1.23, 1.24.
Таблица 1 . 2 3
Химический состав материала полой штанги со скважины № 742 Павловского месторождения нефти
|
Химический состав материала полой штанги, |
|||||||||
Источник информации |
|
|
показатели |
|
|
|
|
|||
|
С |
Si |
Mn |
|
Cr |
Ni |
Cu |
|
P |
S |
ГОСТ 1050–88, сталь 45 |
0,42–0,5 |
0,17–0,37 |
0,5–0,8 |
|
<0,25<0,25 |
<0,25 |
<0,035 |
<0,04 |
||
Эмиссионный спектральный |
0,46 |
0,21 |
0,58 |
|
– |
– |
– |
|
0,017 |
0,017 |
анализ |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Погрешность измерения при |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
эмиссионном спектральном |
±0,03 |
±0,03 |
±0,04 |
|
±0,04 ±0,02 |
±0,016 |
±0,003 |
±0,003 |
||
анализе |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Примечание. Химический состав материала фрагмента полой штанги удовлетворяет требованиям ГОСТ 1050–88.
Таблица 1 . 2 4
Результаты механических испытаний
Номер |
Предел |
Предел |
Предел |
Относи- |
Относи- |
Ударная |
Доля |
|
текуче- |
пропорцио- |
тельное |
тельное |
вязкость |
вязкой |
|||
образца |
прочности |
стиσ0,2, |
нальности |
удлине- |
сужение |
KCU+20, |
составля- |
|
|
σв, МПа |
МПа |
σпц, МПа |
ниеδ, % |
ψ, % |
Дж/см² |
ющей, % |
|
1* |
615 |
337 |
319 |
28,3 |
40,8 |
78,6 |
50 |
|
ШНП42 |
|
|
|
|
|
|
|
|
(резьбаНКТ42, |
626 |
469,5 |
448,0 |
– |
– |
– |
– |
|
ГОСТ6380) |
|
|
|
|
|
|
|
|
ШНП 42 |
|
|
|
|
|
|
|
|
(резьба |
697 |
524,0 |
491,8 |
– |
– |
– |
– |
|
накатанная) |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||
М41х2-6q |
|
|
|
|
|
|
|
|
ШНП 33 |
|
|
|
|
|
|
|
|
(резьба |
699 |
617,0 |
594,0 |
– |
– |
– |
– |
|
накатанная) |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||
М37х2-6q |
|
|
|
|
|
|
|
Примечание. 1. Полая штанга насосная ШНП42 (резьба НКТ42, ГОСТ 6380); полая штанга насосная ШНП42 (резьба накатанная М41х2-6q); полая штанга насосная ШНП33 (резьба накатанная М37х2-6q) механически упрочнены [56]. 2. * среднее подвумстандартным образцам.
115
Металлографическим анализом установлено, что структура штанги как в резьбовой части, так и по телу представлена ферритоперлитом без каких-либо следов улучшения и упрочнения. На наружной поверхности на гладкой части штанги вне резьбы наблюдается частичное обезуглероживание на глубину ~0,1 мм, на внутренней поверхности наблюдается полное обезуглероживание на глубину ~0,15 мм (рис. 1.42). На резьбе штанги участков обезуглероживания нет. Дефектов металлургического характера типа трещин, закатов, расслоений металла не обнаружено.
а б
Рис. 1.42. Микроструктура материала полой штанги со скважины № 742 Павловского месторождения нефти: а – основа, наружная поверхность; б – внутренняя поверхность
|
Микроскопическими иссле- |
|
дованиями установлено, что излом |
|
штанги представлен двумязонами: |
|
очаг разрушения, характеризую- |
|
щийся мелкозернистым строением |
|
поверхности, и зона ускоренного |
|
развития, имеющая большую ше- |
|
роховатость и кристалличность |
|
(рис. 1.43). Зона ускоренного раз- |
Рис. 1.43. Строение излома штанги: |
вития характеризуется пластиче- |
1 – очаг разрушения; 2 – зона |
ской деформацией (смятием). |
ускоренного развития трещин |
|
116
Строение излома свидетельствует о разрушении по усталостному механизму за счет приложения циклических растягивающих нагрузок. Наиболее вероятная причина обрыва – недоворот штанги в муфту при свинчивании.
Для установления механических свойств полой штанги насосной из стали 45 были выполнены рабочие образцы из концевого участка полый штанг с наружным диаметром 34,00 мм.
Для определения механических свойств материала полых труб были проведены испытания на растяжение продольных пятикратных образцов на разрывной машине Р-5 при температуре 20 ° С; при этом скорость нагружения составила 5 мм/мин в масштабе записи 25 в соответствии с ГОСТ 1497–84 ( Металлы. Методы испытания на растяжение) и испытания ударной вязкости стандартных образцов типа 1 при температуре +20 ° С на маятниковом копре КМ-30 в соответствии с ГОСТ 9454–78 ( Металлы. Методы испытаний на ударный изгиб при пониженной, комнатной и повышенных температурах). Результаты испытаний приведены в табл. 1.24.
Из показателей, характери- |
|
||||
зующих |
механические |
свойства |
|
||
материала полой штанги, пред- |
|
||||
ставленных в табл. 1.24, следует, |
|
||||
что механические свойства мате- |
|
||||
риала тела штанги соответствуют |
|
||||
свойствам материала |
насосных |
|
|||
штангклассапрочностиС. |
|
|
|||
Фрагмент разрушившейся |
|
||||
полой штанги насосной пред- |
|
||||
ставлен на рис. 1.44. |
|
|
Рис. 1.44. Общий вид разрушенного |
||
Механические свойства ма- |
фрагмента полой штанги насосной, |
||||
териала |
головки |
штанги |
также |
механически упрочненной ШНП42 |
|
соответствуют свойствам |
мате- |
(резьба НКТ42, ГОСТ633–80 сдвух |
|||
риала насосных |
штанг |
класса |
сторон): 1 – фрагментразрушенной |
||
полойштангинасосной; 2 – муфта; |
|||||
прочности С. |
|
|
|
3 – шток |
117
1.10.3.Причины разрушения полых штанг насосных
вскважинах № 652 и № 742 Баклановского и Павловского месторождений нефти ООО «ЛУКОЙЛ-Пермь»
На основе промысловых данных, характеризующих режим отбора жидкости, технических характеристик глубинонасосного оборудования, спектрального анализа и металлографических исследований (см. табл. 1.15–1.19) установлены следующие причины разрушения полых штанг насосных в скважине № 652 Баклановского месторождения нефти, представленные в табл. 1.25.
Таблица 1 . 2 5
Перечень причин разрушения полых штанг насосных в скважине № 652 Баклановского месторождения нефти
Датавыхода колонны |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
штангнасосныхиз |
Причиныразрушения полых |
|
|
|
|
Примечание |
|
|||
строя, местоположение |
|
|
|
|
|
|||||
зоныразрушенияиего |
штангнасосных |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
характеристика |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
04.07.2006 г. – |
Перегрузка3-йполойштанги |
Расчетным путемустановлено, |
||||||||
3-яполаяштанга |
поддействием весаколонны |
что величинанапряженияσр |
||||||||
(ГОСТ633– 80), резьба. |
полых штангсдобываемой |
взонеразрушения3-йполой |
||||||||
Условныйдиаметр |
жидкостью, силвязкого трения, |
штангиравна300,8 МПа, пло- |
||||||||
полойштанги– |
силтрениямежду соприкасаю- |
щадьрабочего сечения взоне |
||||||||
42,0 мм; шагрезьбы |
щимисяповерхностями, дина- |
разрушения– 239 мм2, макси- |
||||||||
(р) – 2,54 мм; высота |
мическихсоставляющих, воз- |
мальнаянагрузкавзонеразру- |
||||||||
профилярезьбы |
никающихприотборежидко- |
шения– 7342 кГсзапериодс |
||||||||
h1 – 1,412; |
стидвумяглубинными |
23.11.06 г. по23.11.06 г. Полу- |
||||||||
уголнаклонарезьбы |
насосами. Наработканаотказ |
ченнаявеличинаσр составила |
||||||||
φ– 1° 47’ 24’’; |
составила20736 качаний |
79,4 % отпредела текучестиσт |
||||||||
внутреннийдиаметр |
колонныполых штанг |
полойтрубы(группапрочности |
||||||||
полойштанги |
|
НКТ-Д). |
|
|
|
|
|
|||
Двн – 35,2 мм |
|
Примечание: площадьрабочего |
||||||||
|
|
сечения взонеразрушения |
||||||||
|
|
(Sразр) вычисленапоформуле |
||||||||
|
|
d |
= |
π |
[(2d |
– D |
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
2* |
2 |
|
2* |
внутр |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ 2Р· sinφ(n – 1))2 – |
D2 |
)], |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
внутр |
|
118
|
Продолжение табл. 1 . 2 5 |
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
|
|
гдеd2* – внутреннийдиаметррезь- |
|
|
бывполоститорцаполойтрубы, |
|
|
мм; n – текущийномервпадины |
|
|
внаправлениисбегарезьбы. Врас- |
|
|
четезонаразрушения принята на |
|
|
границесполнымпрофилемрезь- |
|
|
бы. Приустановлениивеличины |
|
|
Sразрсужениетелаштангинеучи- |
|
|
тывалось, таккакпринагружении |
|
|
полойтрубы(штанги) ееудлине- |
|
|
ниевграницахпрофилявпадины |
|
|
равновеличине 0,0044 мм(допуск |
|
|
напрофилевпадиныустановлен |
|
|
0,0045 мм). Величинаприведенно- |
|
|
гонапряжения взонеразрушения |
|
|
штангисоставила18,5 кГс/ мм2. |
|
|
Фактическаявеличина приведен- |
|
|
ногонапряжения недолжнапре- |
|
|
вышать6,9 кГс/мм2 (некоррозион- |
|
|
наяпродукциянефтянойскважи- |
|
|
ны, база– 5·10 6 циклов) |
|
|
ГОСТР51161–2002 |
08.08.2006 г. – |
Перегрузка54-йштангипод |
Расчетным путемустановлено, что |
54-яштанга |
действием веса колонныполых |
величинанапряжения взонераз- |
(ГОСТ633–80), |
штангсдобываемойжидко- |
рушенияштангиравна199,4 МПа. |
резьба |
стью, силвязкоготрения, сил |
Полученнаявеличинасоставила |
|
трениямежду соприкасающи- |
52,6 % предела текучестиσтполой |
|
мисяповерхностями, динами- |
трубы(группапрочностиНКТ-Д). |
|
ческихсоставляющих, возни- |
Прииспользовании полойтрубы |
|
кающихприотборежидкости |
вкачестве насоснойштангивели- |
|
двумяглубинныминасосами. |
чина напряжения врабочемсече- |
|
Наработка наотказсоставила |
нииполойтрубынедолжна пре- |
|
103780 качаний колонны штанг |
вышать10 кГс/мм2 |
26.02.2007 г. – |
Искривлениенизаколонныпо- |
|
174-яштанга |
лыхнасосныхштангахврезуль- |
|
(ГОСТ633–80), |
татепотериееустойчивостипри |
|
разворот |
ходееевниз. Потеряустойчиво- |
|
|
стинизаколоннывызвана как |
|
|
механическими, такигидравли- |
|
|
ческимипотерями, возникаю- |
|
|
щимимежду подвижнымиуз- |
|
|
ламидвухглубинных насосов, |
|
119
|
Окончание табл. 1 . 2 5 |
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
|
установленных последовательно |
|
|
вскважине. Наработка наотказ |
|
|
составила713764 качаний колон- |
|
|
ныштанги |
|
07.09.2008 г. – |
Перегрузка125-йштангипод |
Расчетным путемустановлено, |
125-яштанга |
действием веса колонныполых |
что величинанапряжениявзоне |
(ГОСТ633–80), |
штангсдобываемойжидкостью, |
разрушенияштангиравна |
резьба(685 мот |
силвязкого трения, силтрения |
~150,1 МПа. Полученнаявели- |
устьяскважины). |
между соприкасающимисяпо- |
чинасоставила 41,62 % предела |
Зонаразрушениярас- |
верхностями, динамических со- |
текучестиσт полойтрубы |
положена нарасстоя- |
ставляющих, возникающихпри |
(группапрочностиНКТ-Д) |
нии685 мотдневной |
отборежидкостидвумяглубин- |
|
поверхности |
ныминасосами. Наработкана |
|
|
отказсоставила 1 538 884 кача- |
|
|
нийколонны штанг |
|
26.06.2009 г. – |
Установитьфактическуюпричи- |
Расчетным путемустановлено, |
94-яштанга |
ну разрушения94-йштангипо |
что величинанапряжениявзоне |
(«Специальная» |
резьбенепредставилось возмож- |
разрушенияштангиравна |
БТП-28.00.017), |
нымввиду отсутствияданных |
~75,3 МПа(площадьсечения |
резьба(759 мот |
окривизнестволаскважины |
штангивзонеразрушения, при- |
устьяскважины). |
взонеееразрушения ифрагмен- |
нятаяврасчете, составила |
Примечание. Данная |
товполойштанги, относящихся |
506 мм2 придиаметрерабочего |
штангабыласпущена |
кместу разрушения. |
каналаштанги30 мм). Величи- |
вскважину |
Наработка наотказсоставила |
наприведенногонапряженияна |
11.12.2008 г. |
1149120 качанийколонныштанг |
дату разрушениясоставила |
|
|
9,9 кГс/мм2 длястали40Х. |
29.09.2009 г. – |
Установитьфактическуюпричи- |
Расчетным путемустановлено, |
81-яштанга |
ну разрушения81-йштангипо |
что величинанапряжениявзоне |
(«Специальная» |
резьбенепредставляетсявоз- |
разрушенияштангиравна |
БТП-28.00.017, |
можнымввиду отсутствияфраг- |
~73,42 МПа(площадьсечения |
резьба) |
ментовполойштанги, относя- |
штангивзонеразрушения, при- |
Примечание. Данная |
щихсякместу разрушения |
нятаяврасчете, составила |
штангабыласпущена |
|
506 мм2 придиаметрерабочего |
в скважину |
|
каналаштанги30 мм) |
11.12.2008 г. |
|
|
Также исходя из промысловых данных, характеризующих режимы отбора жидкости, технические характеристики глубиннонасосного оборудования, данные спектрального анализа и металлографических исследований (см. табл. 1.20–1.24) установлены причины разрушения полых штанг со скважины № 742 Павловского месторождения нефти. Выявленные причин представлены в табл. 1.26.
120