Материал: Технологические процессы и технические средства для глубинно-насосной эксплуатации нефтяных скважин

ГЛАВА 2. НЕРАЗРУШАЮЩИЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ НАСОСНЫХ ШТАНГ НА ПРЕДМЕТ ВЫЯВЛЕНИЯ ДЕФЕКТОВ, НАРУШАЮЩИХ ИХ СПЛОШНОСТЬ И ОДНОРОДНОСТЬ СТРУКТУРЫ МАТЕРИАЛА ТЕЛА

Для достижения и обеспечения качественных эксплуатационных показателей нефтепромыслового оборудования, используемого

вагрессивных средах при действии статических и динамических нагрузок в условиях высоких температур и давлений, необходимым условием является проведение неразрушающего входного, выходного и текущего контроля как в процессе изготовления оборудования, так и в процессе его промышленного использования.

Теоретическое обоснование необходимости разработки и промышленного использования средств неразрушающего контроля деталей, узлов, изделий осуществили ученые В.К. Аркадьев, Н.С. Акулов, В.Г. Герасимов, Т.Я. Горадзовский, А.Л. Дорофеев, В.В. Клюев, А.Б. Сапожников, Р.И. Янус, Е.И. Окрушко, М.А. Ураксеев.

Особая роль в развитии теории электромагнитных процессов

впроводящих ферромагнитных материалах при решении задач по магнитной, вихретоковой дефектоскопии, магнитоструктурным исследованием принадлежат коллективу сотрудников Института физики металлов АН СССР С.В. Воносовскому, В.В. Власову, Н.Н. Зацепину, М.Н. Михееву, Н.М. Родигину, П.А. Халилеву, А.С. Шлеенкову.

2.1.Магнитолюминесцентный метод неразрушающего контроля концевых участков насосных штанг

Для раннего обнаружения усталостных микротрещин и видимого контроля состояния штанги на наличие микротрещин был исследован и апробирован один из эффективных методов неразрушающего контроля – магнитолюминесцентный метод. С этой целью

126

был выполнен комплекс работ по усталостным испытаниям штанг в коррозионной среде, приближенно моделирующей реальные условия их эксплуатации.

Магнитолюминесцентный метод, являющийся разновидностью магнитопорошкового метода, преимущественно предназначен для контроля деталей с темными поверхностями и для выявления дефектов, выходящих на поверхность и лежащих на небольшой глубине под поверхностью. Сущность метода заключается в том, что при намагничивании ферромагнитных материалов в местах дефектов происходит рассеивание и выход на поверхность магнитных силовых линий с образованием на границах дефекта полюсов. При проливании магнитной суспензии или нанесении магнитного порошка на поверхность штанги к полюсам в пределах дефекта (сплошности, структурной неоднородности) притягиваются частицы магнитного порошка, указывая его местонахождение, протяженность и вид. При данном методе в качестве индикаторного пенетранта были использованы магнитолюминесцирующие порошки. Применение таких порошков, как установлено в процессе исследований, имеет преимущество в связи с тем, что магнитные частицы, сложившиеся над дефектом, при ультрафиолетовом освещении как бы заставляют дефекты светиться и тем самым установить местоположение дефекта, его протяженность, границы и геометрию.

Рассмотрены два способа осуществления магнитолюминесцентного метода: сухой и мокрый. При мокром методе была использована суспензия магнитолюминесцирующего порошка, при этом мелкие частицы порошка в суспензии не ведут себя как индивидуальные. Мелкие частицы представляют собой готовые магнитики, которые при достаточно высокой концентрации в жидкости сцепляются в цепочки, создавая тем самым как бы новые искусственно удлиненные частицы с большим магнитным моментом. Мокрый метод обеспечивает быстрое и сплошное покрытие магнитными частицами поверхности изделия, например концевой участок насосной штанги, и при этом магнитные частицы имеют весьма высокую подвижность. Сухой и мокрый способы контроля были осу-

127

ществлены с применением магнитолюминесцентных сухих порош-

ков ЛЮМАГПОР-5 (ТУ 6-09-5296–86) и LY-2500 фирмы Helling

и суспензий на их основе.

На начальном этапе было проведено опробование порошка LY-2500 фирмы Helling с целью определения возможности его применения для магнитолюминесцентного контроля концевых участков штанг и на соответствие требованиям ТУ 6-09-5296–86 по пунктам 3, 5, 6 порошка ЛЮМАГПОР-5. Порошок LY-2500 визуально мелкодисперсный, зеленого цвета, без запаха, светлей порошка ЛЮМАГПОР-5. Порошок LY-2500 был проверен на соответствие ТУ 6-09-5296–86 по пунктам 3, 5, 6. Анализ порошка по пунктам 5, 6 соответствовал требованиям ТУ, но при выполнении пункта 3 «Определение выявляющей способности» порошка LY-2500 протяженность выявленных микротрещин на образцах на 2–3 мм больше, чем при применении порошка ЛЮМАГПОР-5, и при этом на образцах наблюдался небольшой желтовато-зеленый фон. Результаты использования сухого способа с применением вышеуказанных порошков при люминесцентном методе контроля поверхности штанги представлены в табл. 2.1.

Таблица 2 . 1

Чувствительность сухого способа (порошок ЛЮМАГПОР-5, LY-2500)

магнитолюминесцентного контроля поверхности штанги

128

Из табл. 2.1 следует, что при сухом способе магнитолюминесцентного метода контроля поверхности штанги дефекты, нарушающие сплошность ее поверхности, были выявлены только при использовании порошка LY-250 в приложенном поле электромагнита с подружиненными шинами, работающего от сети переменного тока.

При опробованиимокрого способа магнитолюминесцентногометода контроля былиподготовлены два варианта суспензий: с порошком LY-2500 – два состава в разных соотношениях и с порошком ЛЮМАГПОР-5 – один состав. Концентрация всех суспензий составляла 2 г/л. В первом варианте были приготовлены две суспензии по стандартной методике с ЛЮМАГПОР-5 и LY-2500 с соотношением трансформаторного масла к РЖ-8 40 % и 60 %. Во втором варианте была приготовлена одна суспензия по стандартной методике с LY-2500

ссоотношением трансформаторного масла и РФ 40 % и 60 %. Опробование проводилось на рабочих образцах, выполненных из штанг

сшириной раскрытия трещин <1 мкм.

Впроцессе отработки сравнивалась протяженность выявленных микротрещин и наличие фона на образцах. Интенсивность фона оценивалась по 10-балльной шкале через 3 мин после полива суспензий. Результаты, полученныевпроцессеисследований, представленывтабл. 2.2.

Таблица 2 . 2

Чувствительность мокрого способа магнитолюминесцентного метода контроля поверхности штанг

129

Из табл. 2.2 видно, что протяженность выявленных трещин при использовании порошка LY-2500 в составе трансформаторного масла кРЖ-8 в соотношении 25/75 % на 3 мм больше, чем при использовании порошка ЛЮМАГПОР-5 в таком же соотношении масел, но при этом фон на образцах при наличии суспензии LY-2500 (25/75 %) в 3 раза превышает фон по сравнению с суспензией ЛЮМАГПОР-5 (25/75 %). Применение LY-2500 при соотношении масел 40/60 % (РЖ-8) позволяет выявлять трещины на образцах на 1 мм меньше, чем при соотношении 25/75 % (РЖ-8), и на 2 мм больше, чем при использовании ЛЮМАГПОР-5; наблюдаемый фон на образцах составляет 1 балл и соответствует фону сприменением ЛЮМАГПОР-5.

Из исследованных различных способов магнитолюминесцентного метода контроля следует, что лучшие результаты по выявляемости дефектов получены, во-первых, при использовании данного контроля в приложенном поле электромагнита, во-вторых, при использовании мокрого метода, а именно – с применением суспензии на основе люминесцентного порошка LY-2500. Применение порошка LY-2500 фирмы Helling позволяет выявлять трещины на рабочих стандартных образцах с шириной их раскрытия 1 мкм, что соответствует требованиям ГОСТ 21105–87.

Таким образом, из методов магнитолюминесцентного контроля наиболее оптимальным для контроля поверхности штанги является магнитолюминесцентный контроль в приложенном поле электромагнита с использованием суспензии на основе магнитолюминесцентного порошка LY-2500 с соотношением трансформаторного масла к РЖ-8 40/60 %.

Отработка мокрого способа магнитолюминесцентного метода контроля в производственных условиях была осуществлена в период проведения усталостных испытаний фрагмента насосной штанги. К штанге прижимались подпружиненные шипы электромагнита, включался электромагнит и при включенном электромагните на штангу наносилась магнитолюминесцентная суспензия путем полива. После стекания суспензии электромагнит отключался. После 6 081 500 циклов нагружения фрагмента штанги магнитолюминесцентным методом

130