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

Стенд состоит из электродвигателя, обеспечивающего частоту вращения вала 4 (n = 910 мин–1 ), счетчика для регистрации числа оборотов образца 3, соответствующего числу циклов его нагружения. Вал электродвигателя 1 соединен с валом 5 стенда посредством упругой втулочно-пальцевой муфты 4. Вал 5 вращается на радиальных подшипниках качания, вмонтированных в стойки 6. На конце вала 5 имеется переводник 7, посредством которого на испытательный стенд крепят натурные образцы (фрагменты штанг) длиной около 500 мм от торца штанги.

Нагружение образца 3 производится грузами 8 через систему нагружения, включающую тарель грузов 10, шток 9, соединяющий тарель 10 с шарнирной головкой 11, и рычаг 12, конечный выключатель автоматического отключения электродвигателя в момент поломки испытуемого образца 3. С целью уменьшения уровня вибраций и шума рама 14 стенда установлена на амортизационных подушках 15, выполненных из упругого материала.

Испытуемый образец 3 резьбовой частью соединяют с переводником 7. На его консоль, имеющую цилиндрическую проточку, надевается внутренняя обойма сферического шарикоподшипника, вмонтированного в шарнирную головку 11 системы нагружения, включающая грузы 8, шток 9 системы нагружения, тарель 10 и шарнирную головку 11.

На тарель 10 системы нагружения устанавливается груз 8, масса которого зависит от желаемой величины внутренних напряжений и егодиаметра. Вес грузабыл рассчитанпоэмпирической зависимости:

176

Поскольку испытания были проведены с целью определения предела ограниченной выносливости образцов из новых и бывших в эксплуатации насосных штанг, то в конструкции стенда предусмотрена специальная коррозионная ячейка 16, которую устанавливали на образец 3 в месте предполагаемого его разрушения на расстоянии 10–150 мм от галтели. После установки ячейки 16 на образец 3 она заполняется коррозионной средой через заливное отверстие 17. В процессе испытаний ячейка вращается вместе с образцом. Герметичность ячейки обеспечивается вакуумной резиной, установленной по ее бокам. Замена коррозионной среды производится один раз в сутки.

С целью приближения условий проведения лабораторных испытаний натурных образцов на стенде к реальным условиям эксплуатации штанговой колонны в скважине использовались жидкие коррозионные среды. Химический состав жидких коррозионных сред приведен в табл. 3.2 и 3.3.

Таблица 3 . 2 Химический состав жидких коррозионных сред

Химический состав пластовой воды Долининского месторождения НГДУ «Долинанефть»

177

Окончание табл. 3 . 2

Примечание. Пластовая вода со скв. 2470 Осинского месторождения: крепкий рассол, класс 9, тип – хлоркальциевая, группа хлоридных. рН = 6, подгруппа Са. Дата взятия пробы 26.08.91 г.

Таблица 3 . 3 Химический состав 3%-го раствора NaCl в дистиллированной воде

Химический состав 3%-го раствора NaCl в дистиллированной воде

Содержание

Примечание. Натрий хлористый ЧДА, Михайловский завод химреактивов,

партия 299, июнь 1982 г., рН = 5…8.

178

Для установления закономерностей характера изменения коррозионной выносливости штанг с течением времени база коррозион- но-усталостных испытаний должна превышать базу, регламентируемую при усталостных испытаниях штанг на воздухе.

3.2. Выбор среды для коррозионно-усталостных испытаний фрагментов штанг

Изучение влияния вида агрессивной среды на коррозионноусталостную прочность фрагментов штанг было проведено в следующих средах:

–пластовая вода Долининского месторождения нефти НГДУ «Долинанефтегаз» ПО «Укрнефть»;

–Усть-Качкинская высокоминерализованная вода, скважина

№6 (Пермская область);

–пластовая вода, скважина № 2470 Осинского месторождения нефти НГДУ «Осинскнефть», ПО «Пермнефть»;

–3%- й раствор NaCl в дистиллированной воде (Михайловский завод химреактивов, партия 299).

Коррозионное воздействие на фрагменты штанг ШН19 из ста-

ли 20Н2М после низкотемпературного отжига, правки под действием продольной растягивающей нагрузки осуществлялось путем установки одного фрагмента в стакан из полиэтиленовой трубки длиной 120 мм с внутренним диаметром 30 мм и толщиной стенки 2 мм с возможностью его герметизации, уровень жидкости в котором поддерживался постоянным в процессе испытаний. Испарение агрессивной среды из стакана за время усталостных испытаний фрагмента штанги не превышало 50 % первоначального объема. Коррозионноусталостные испытания на плоский изгиб были выполнены методом лестницы при базе 5·106 и 107 циклов нагружения.

Испытания на усталость были проведены при частоте 12 Гц до полного разрушения фрагмента штанги. После завершения испытания фиксировали число циклов до разрушения N, расстояние от точки приложения нагрузки до излома Aр, диаметр сечения излома dр

179

и определяли фактическое напряжение в сечении излома σр. В каждой из трех сред было испытано по 9–11 фрагментов штанг. Кривые усталости, построенные по результатам коррозионно-усталостных испытаний фрагментов штанг в трех средах, приведены на рис. 3.6.

Рис. 3.6. Кривые коррозионной усталости в трех средах фрагментов насосных штанг, сталь 20Н2М (низкотемпературный отжиг):

– Усть-Качкинская высокоминерализованная вода, скважина № 6 (Пермская область), кривая 1; { – 3%- й раствор NaCl, кривая 2; U – пластовая вода, скважина № 2470 Осинского месторождения (пласт Бш, НГДУ «Осинскнефть»), кривая 3

Полученные средние значения пределов выносливости и величины среднеквадратичного отклонения на базах 5·106 и 107 циклов нагружения представлены в табл. 3.4.

Сравнение результатов табл. 3.4 показывает, что воздействие агрессивных сред на коррозионно-усталостную прочность штанг из стали 20Н2М с учетом установленной погрешности отличается незначительно. Поэтому дляобеспечения воспроизводимости результатов

180