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

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам

Sд = R2arc cos	(R − h)	− (R − h)	R2 − (R − h)2 ,	(1.1)

	R
где R – радиус насосной штанги, мм; h –			глубина долома, мм.

1.2. Макро-, микроструктура материала насосных штанг, разрушившихся в процессе эксплуатации

Структура материала каждой из разрушившихся штанг из материала 20Н2М, 15Х2НМФ, 38ХМ изучалась в районе фокуса усталостного разрушения, а в отдельных случаях – вдоль тела штанги с применением методов неразрушающего контроля [4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11]. При этом у большинства исследованных штанг 1977–1988 гг. выпуска вблизи поверхности был выявлен обезуглероженный слой глубиной до 0,32 мм по данным микроанализа (табл. 1.3, рис. 1.4), причем глубина этого слоя и степень обезуглероживания (количество ферритной составляющей) у исследованных штанг различны.

При определении глубины обезуглероженного слоя в качестве основного был использован метод «М» по ГОСТ 1763–68. Однако методы, рекомендованные этим стандартом, распространяются только на стали ссодержанием углерода не менее 0,3 %. В исследованных сталях содержание углерода не превышало 0,28 %, поэтому с целью более надежного определения глубины обезуглероживания параллельно был использован метод«МТ» – методпослойногозамерамикротвердости.

После периодического контроля степени обезуглероживания штанг из стали 20Н2М после нормализации в газоплазменных печах ОМЗ и завода им. Октябрьской революции (ЗиОР), проводившегося в течение IV квартала 1989 и I квартала 1990 г., было установлено, что обезуглероживание штанг зависит от режима нормализации и состава атмосферы (рис. 1.5). Поэтому отсутствие заметного обезуглероживания у некоторых штанг после эксплуатации может быть связано как с особенностями технологии, так и с равномерной электрохимической коррозией внешней поверхности штанг при их эксплуатации.

Таблица 1 . 3

Долговечность и характеристики структуры исследованных штанг из стали 20Н2М, 15Х2НМФ, 38ХМ

	6		Характеристикиструктурыповерхностиисердцевины штанг
№	N·10
		Сталь, режим	глубина	минимальная	балл	балл	балл	Твердость
скважины,	циклов		обезуглеро-	твердость	аустенит-	видман-	полосча-	сердцевины
	нагруже-	термообработки
образца	ния		женного	поверхности	ного	штеттовой	тости	HV0,2 подлине
			слоя, мм	HV 0,2, МПа	зерна	структуры		образца, МПа

1	2	3	4	5	6	7	8	9
2199	0,3		0,208	–	–	2 А	1Б	206
825	2,1	20Н2М,	0,192	198	–	0	1 Б	215
336	2,4		0,208	226	–	0	1,5 Б	243
		предприятие-
427	2,6		0,240	196	–	1 А	1Б	232
		изготовитель
975	3,1		0,096	155	–	1 А	0	198
		Очёрскиймашзавод
507	4,5		0,200	167	–	1 А	0	232
		(г. Очёр),
647	4,7		0	176	–	0	3 Б	210
		годвыпуска1977–1988,
1057	5,2	нормализация	–	196	–	1 А	1Б	232
512	5,4		0	–	–	0	2,5 Б	–

281	6,3		0,288	187	–	1 А	0	243
04	7,6		–	228	–	–	–	250
160	7,9		0	185	–	0	3 Б	180
114	9,1	20Н2М,	0,160	240	–	1 А	1Б	246
175	11,4		0,128	229	–	2 А	0	243
		предприятие-
450	13,5		0,112	156	–	0	3 Б	183
		изготовитель
1033	15,0		0,256	163	–	1,5 А	1Б	200
		Очёрскиймашзавод
574	15,6		0	203	–	0	3 Б	208
		(г. Очёр),
63	16,6		0,208	201	–	0	2,5 Б	212
		годвыпуска1977–1988,
210	16,7	нормализация	0,240	191	–	1 А	1Б	206
813	16,6		0,240	161	–	1 А	2,5 Б	214

651	11,6		0	187	–	0	1,5 Б	193
824	18,1		0,144	185	–	1 А	0	227

Окончание табл. 1 . 3

1	2	3	4	5	6	7		8	9
805	18,9		0	176	–	0		1,5 Б	195
630	21,5		0,064	148	–	0		2 Б	157
172	27,9		0,208	164	–	0		2,5 Б	208
513	9,1		0	199	4	–		0	269
2276	9,1		–	164	5	–		0	252
399	9,7	15Х2НМФ,	0,320	168	–	–		0	276
399	10,9		0,080	206	–	–		0	303
		предприятие-
764	11,1		0	225	4	–		0	297
		изготовитель штанг
496	12,7		0,208	204	–	–		0	269
		машзаводим.
858	16,1		–	237	4	–		0	303
		В.И. Ленина (г. Пермь),
786	22,5		–	225	–	–		0	245
		годвыпуска1977–1988,
817	26,9		0,272	201		–		0	250
		закалкаивысокийотпуск
1136	28,5	илинормализация ивы-	0,208	168	–	–		0	270
1082	29,0	сокийотпуск	0,256	188	–	–		0	282
505	29,3		0	194	4	–		0	270

422	36,3		0	214	4	–		0	250
694	42,2		0,240	142	–			0	303
1.3	новая	38 ХМ	0	229	Макроструктура–		ликвацион-		229 подлине
					ныйквадрат(2 баллапошкале				образца
		ГОСТ4543–71,
					№5 ГОСТ10243–75).
	новая								235 подлине
1.6		поставщикпроката	0	229
					Микроструктура–		ликвацион-		образца
		«Камасталь» (г. Пермь),
					ныйквадрат. Характеристика
	*								241 подлине
2.2		предприятие-изготови-	0	229
	новая				микроструктурывразных по				образца
		тель штангОАО«Мото-
					травимостизонахпредставлена
									241 подлине
3.3	**	вилихинскиезаводы»	0	218
	новая				в[11] наоснове источников				образца
		(г. Пермь),
					[12, 13]				252 подлине
3.4	новая	годвыпуска2001	0	229
									образца

Примечание. 1*. 9,51·106 циклов нагружения по результатам стендовых ускоренных усталостных испытаний фрагмента из штанги (маркировка 7/8М11D 501628) на воздухе. 2**. 6,51·106 циклов нагружения по результатам стендовых ускоренных усталостных испытанийфрагмента изштанги (маркировка 7/8М11D 501628) на воздухе.

Рис. 1.4. Структура 100-кратного увеличения подповерхностного слоя фрагментов насосных штанг, бывших в эксплуатации (данные НГДУ «Осинскнефть» ПО «Пермнефть»): а, б – штанги насосные со скважин №507 (а) и №647 (б), отработавшие соответственно 4,5·106 и 4,7·106 цикловнагружения, изготовитель Очёрский машзавод (г. Очёр), сталь20Н2М, режим термообработки нормализация, глубина обезуглероженного слоя 0,2 мм (а), 0,0 мм (б); в – насосная штанга со скважины № 817, отработавшая 26,9·106 циклов нагружения, изготовитель машзавод им. В.И. Ленина (г. Пермь), сталь 15Х2НМФ, режим термообработки закалка и высокий

отпуск, глубина обезуглероженного слоя 0,272 мм

Как известно из литературных источников [14, 15], обезуглероженный слой снижает усталостную прочность штанг в условиях знакопеременного нагружения.

При проведении совместных со специалистами кафедр «Металловедение и термическая обработка» и «Сопротивление материалов» Пермского политехнического института исследований было установлено, например, что для скважин, эксплуатирующихся механизированным способом с использованием УСШН, фактором, определяющим остаточный ресурс штанг, является величина обезуглероженного слоя. Обнаруженная зависимость аппроксимирована линейным

Рис. 1.5. Глубина обезуглероженного слоя после нормализации материала штанги из стали 20Н2М различных плавок в зависимости от длительности нормализации при 900 оС и состава атмосферы печей:

U– нормализация в газопламенной печи ОМЗ;

{– нормализация в газопламенной печи ЗиОР

уравнением: у = –315,7 х + 272,4, где у – величина разрушающего напряжения при усталостных испытаниях штанг, МПа; х – глубина обезуглероженного слоя, мм.

Наряду с обезуглероженным слоем, у ряда насосных штанг, бывших в эксплуатации, были обнаружены язвы, питинги, вызванные неравномерностью коррозионных процессов. При этом усталостная трещина закономерно локализуется в области очага коррозионного поражения (рис. 1.6), разрушение по этому механизму приводит к заметному снижению долговечности штанг [16].

Представленные результаты исследований (см. рис. 1.6) подкреплены данными промысловых испытаний насосных штанг и лабораторных коррозионно-усталостных испытаний фрагментов насосных штанг ШН19, новых и бывших в эксплуатации, показанными на рис. 1.7 и в табл. 1.4.

Смотрите также:


«ДОХОДЫ, РАСХОДЫ И ПРИБЫЛЬ КОММЕРЧЕСКОГО БАНКА.»
«ДОХОДЫ, РАСХОДЫ И ПРИБЫЛЬ КОММЕРЧЕСКОГО БАНКА.»
Значение, сущность и содержание социально — педагогической деятельности в организации для детей-сирот и детей, оставшихся без попечения родителей
Проактивные методы PR-деятельности российских авиационных компаний «Россия», «Азимут»
__RGR2
__RGR2
_11_А. Франс для эл версии
_индив анализ данных
- Интерфейс 485 и оптопорт 11