Материал: Технологические процессы и технические средства для глубинно-насосной эксплуатации нефтяных скважин
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
Номерскважины, |
Геометрическиеразмерыфрагментовучастка полойштанги, |
||
месторождение. |
визуальнаяхарактеристика поверхностей. |
||
Датаразрушения |
Концевойучастокполойштанги |
|
Муфта |
полойштанги |
|
||
652-Баклановского |
Маркировка тела: 00 30 11 06. |
Маркировка: 42-ДО306Б. |
|
месторождения |
Наружныйдиаметр– 38,15 мм |
Наружныйдиаметр– 52,45 мм. |
|
(ЦДНГ-8, |
(состороныпротивоположной |
Состояниенаружнойповерхности: |
|
бригада0870). |
излому). |
– |
продольные канавкипротяжен- |
26.06.2009 г., |
Внутреннийдиаметр– 29,8 мм |
|
ностью~16 мм; |
94-яштанга |
(состороныпротивоположной |
– |
износвнешнейповерхности |
|
излому). |
|
муфты; |
|
Наружныйдиаметр(головка) – |
– |
наличиеотложенийкакнана- |
|
42 мм. |
|
ружной, такинавнутреннейпо- |
|
Внутреннийдиаметр(головка) – |
|
верхностимуфты; |
|
31,7 мм. |
– |
выявленывизуальноиинстру- |
|
Длина головкиисключаярезь- |
|
ментальноотложения на внут- |
|
бу – 210,0 мм. |
|
реннейрезьбовойповерхности |
|
Резьба– ГОСТ633–80 длятрубы |
|
муфты, включающие: |
|
сусловнымдиаметром42,0 мм. |
|
• оксиджелеза – до30 %; |
|
Наружнаяповерхностьштанги– |
|
• солиСaSО4 – до10 %; |
|
темная, окисленная, шероховатая |
|
• асфальтены, смолыипарафи- |
|
(Rz40), глубинаочаговкоррозии |
|
ны– до60 % |
|
непревышает0,13 мм |
|
|
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
Источник |
Химическийсоставматериалаполойштанги, показатели |
||||||||
информации |
С |
Si |
Mn |
Cr |
Ni |
Cu |
P |
S |
|
ГОСТ 1050–88, |
0,37–0,45 |
0,17–0,37 |
0,5–0,8 |
0,8–1,10 |
<0,30 |
<0,30 |
<0,035 |
<0,035 |
|
сталь 40Х |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Эмиссионный спек- |
0,44 |
0,24 |
0,57 |
0,97 |
0,13 |
0,16 |
0,015 |
0,032 |
|
тральный анализ |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Погрешность изме- |
±0,024 |
±0,03 |
±0,04 |
±0,04 |
±0,016 |
±0,016 |
±0,003 |
±0,003 |
|
рения |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
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
Рис. 1.35. Микроструктура материала концевого участка полой штанги (вне резьбы): а – основа; б – наружная поверхность; в – внутренняя поверхность
Рис. 1.36. Общий вид концевого участка полой штанги и муфты в зоне разрушения
108
Рис. 1.37. Общий вид муфты в зоне разрушения полой штанги
Для установления механи- |
|
ческих свойств материала полых |
|
штанг из стали 40Х были прове- |
|
дены испытания на растяжение |
|
продольных образцов из конце- |
|
вого участка штанги с наружным |
|
диаметром 42,0 мм и внутренним |
|
диаметром 38,15 мм на разрыв- |
|
ной машине Р-5 при 20 ° С, при |
|
этом скорость нагружения соста- |
Рис. 1.38. Строение излома |
вила 5 мм/мин в масштабе записи |
концевого участка полой штанги |
25 в соответствии с ГОСТ 1497–84 ( Металлы. Методы испытания на растяжение) и установление 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. 1.19.
Из показателей, характеризующих механические свойства материала полой штанги, представленных в табл. 1.19, следует, что механические свойства тела штанги соответствуют свойствам материала
109
Таблица 1 . 1 9
Результаты механических испытаний
|
Предел |
Предел |
Предел |
Относи- |
Относи- |
Ударная |
Доля |
Номер |
прочности |
текучести |
пропорцио- |
тельное |
тельное |
вязкость |
вязкой |
образца |
σв, |
σ0,2, |
нальности |
длинение |
сужение |
KCU+20, |
составля- |
|
МПа |
МПа |
σпц, МПа |
δ, % |
ψ, % |
Дж/см² |
ющей, % |
1 (головка) |
682 |
392 |
371 |
22,8 |
57,5 |
118,7 |
100 |
2 (тело) |
810 |
696 |
662 |
27,8 |
48,1 |
99,5 |
100 |
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