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

ровичем, Н.П. Надымовым и Е.И. Гуревичем [20, 11, 15, 3, 17, 47, 48, 78, 79, 81]. Программа подбора внутрискважинного оборудования компоновок колонн насосных штанг при наличии скребков и центраторов при глубинно-насосной эксплуатации[80]разработана в соавторстве с Н.Н. Вассерманом и В.А. Маркиным.

Таким образом, для оценки эксплуатационных возможностей насосных штанг как на воздухе, так и в коррозионной среде впервые были использованы фрагменты насосных штанг со следующими конструктивными элементами: подэлеваторный бурт; квадратная шейка; упорный бурт; торец упорного бурта; зарезьбовая канавка; резьбовой участок.

Как показал анализ изломов, разрушение насосных штанг носит усталостный характер и начинается с поверхности; напряжения на поверхности штанг от изгиба и от растяжения являются нормальными напряжениями и, складываясь, создают наибольшие разрушающие напряжения. Поскольку в настоящей работе использованы механические, эксплуатационные характеристики штанг, предназначенных для нефтедобычи, то, как следствие, необходимо испытывать фрагменты из штанг в условиях, сходных по напряженному состоянию с фактическими условиям их работы. Таким методом усталостных испытаний, создающим на поверхности фрагмента максимальные нормальные напряжения, являются испытания на консольный изгиб с вращением. Как показало изучение характера и места разрушения штанг в скважине, концевой участок штанги с резьбовой частью, нагреваемый при высадке, является наиболее подверженным разрушению. Это подтверждается результатами исследований, представленными на рис. 3.2.

Таким образом, принятый автором работы в соавторстве с Н.Н. Вассерманом, В.Е. Калугиным, Я.Т. Федоровичем метод усталостных испытаний – изгиб с вращением элементов штанг с резьбовой частью – позволил получить предел ее выносливости при симметричном цикле нагружения элементов натурных штанг с учетом влияния поверхностных и структурных дефектов, присутствующих в штанге. При консольном изгибе свращением (рис. 3.3) изгибающий

171

Для установления закономерности распределения обрывов по длине штанги проанализированы 94 образца за период 1986–1987 гг. в ПО «Пермнефть». Распределение обрывов показано на рис. 3.2, из которого следует, что в интервале 70–90 мм от галтели до середины штанги лежит 0,744–0,574 всех обрывов, а в интервале до 70–90 мм от галтели – 0,266–0,426 всех обрывов.

Следовательно, наиболее характерным обрывом штанги является коррозионно-усталостное разрушение в различных ее частях. Причем в зависимости от наличия или отсутствия дефекта процесс накопления усталостных повреждений материала штанги имеет различную длительность в диапазоне от 0,2 до 20 млн циклов (статистика отказов: 94 штанги за период 1986–1987 гг). Это подтверждается наличием и характером распределений дефектов по длине новой насосной штанги, представленной на рис. 3.4 (данные НГДУ «Краснокамскнефть»).

Рис. 3.4. Распределение дефектов в интервале от торца штанги до ее середины, выявленных магнитоиндукционным дефектоскопом проходного типа

174

Дефектограмма новых 100 штанг (см. рис. 3.4) включает 153 импульса, из них на длине 1,2–1,3 м от торца насосной штанги зарегистрированы 34 импульса, что составляет 22 %. 28 импульсов из 153 по амплитуде сопоставимы с амплитудой импульсов от искусственного дефекта глубиной 1,15 мм (пропил). Остальные 125 дефектов эквивалентны по амплитуде искусственному дефекту (пропил) глубиной 2,5 мм (пропил) иболее.

Предложенный вид усталостных испытаний, а именно – изгиб свращением элементов штанг с резьбовой частью, дал возможность установить усталостные показатели насосных штанг как на воздухе, так и в коррозионных условиях. Испытания на коррозионную усталость были выполнены на стенде ИКШ-25 (рис. 3.5) при нагружении консольным изгибом вращающегося натурного образца с частотой 15,2 Гц в лаборатории кафедры надежности оборудования Ивано-Франковского института нефти и газа. Натурные образцы были изготовлены из насосныхштанг, прошедших входной неразрушающий контроль.

Рис. 3.5. Стенд ИКШ-25 для испытания насосных штанг на коррозионноусталостную прочность: 1 – электродвигатель; 2 – счетчик числа оборотов образца; 3 – испытуемый натуральный образец; 4 – втулочно-кольцевая муфта; 5 – вал; 6 – стойки; 7 – переводник; 8 – грузы; 9 – шток системы нагружения; 10 – тарель; 11 – шарнирная головка; 12 – рычаг автоматической остановки двигателя; 13 – конечный выключатель; 14 – рама; 15 – амортизационные подушки; 16 – коррозионная ячейка;

17 – отверстие для заливки коррозионно-активной среды

175