Изучение влияния эксплуатационных факторов на усталостную долговечность бурильных труб

ВВЕДЕНИЕ 5
1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 6
1.1 Материалы, применяемые для изготовления бурильных труб 6
1.2 Особенности изготовления стальных бурильных труб 8
1.3 Свойства и микроструктура стальных бурильных труб 10
1.3.1 Свойства сварного шва 10
1.3.2 Свойства тела бурильной трубы 12
1.3.3 Свойства замков бурильных труб 17
1.3.4 Микроструктура бурильной трубы 20
1.4 Причины отказа бурильных труб при эксплуатации 24
1.5 Постановка цели исследования 41
2 МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ 43
2.1. Материалы исследования 43
2.2. Испытания на много цикловую усталость 44
2.3. Металлографический анализ 46
2.4. Статические испытания на растяжение 47
3 ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 49
3.1 Влияние шероховатости поверхности на усталостную долговечность бурильных труб. 54
3.2. Влияние коррозионной среды на усталостную долговечность бурильных труб. 61
3.3. Анализ экспериментальных данных 63
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 65
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 66

Весь текст будет доступен после покупки

Бурильные трубы играют важную роль в работе бурового оборудования, но они подвержены агрессивному воздействию коррозионной среды и значительным динамическим нагрузкам во время эксплуатации. Это может вызвать появление различных дефектов, таких как коррозионные трещины, которые в конечном итоге могут привести к промыву или полному разрушению трубы из-за их роста.

Поэтому при повторном использовании бурильных труб, которые уже были использованы, помимо обычной инспекции и ремонта, рекомендуется проводить выборочные испытания, чтобы убедиться в их соответствии требованиям стандартов, технических условий и сертификационных данных.

Кроме того, для выяснения причин появления коррозионных дефектов на бурильных трубах и разработки мер по их предотвращению также необходимо проводить соответствующие исследования.

Весь текст будет доступен после покупки

Изготовление бурильных труб и замков традиционно включает использование среднеуглеродистых низко- и среднелегированных сталей с соответствием сорбитных и бейнитных классов, содержащих 0,3-0,5% углерода. Некоторые примеры таких сталей включают 34ХМА, 40ХН, 45ХНМ, 40ХГМА, 40ХН2МА, 40Х2Н2МА, 5ХВ2С, 50ХФА, 38ХН3МФА (производство в России), 42CrMo4V, 34CrMo (производство в Европе), AISI4140, AISI4145, AISI4340 (производство в США). Обычно для их упрочнения используется закалка с последующим высоким отпуском.

Эти стали имеют ограничения и особенности, влияющие на технологию и себестоимость производства. Основные недостатки включают ограниченную технологичность, низкую прокаливаемость, длительный цикл производства, высокие удельные производственные энергозатраты и низкую экологичность производственного процесса. Для обеспечения нужных эксплуатационных свойств этих сталей, как правило, требуется выполнение закалки при температурах выше точки Ас3 и последующее охлаждение в жидких средах - водо-воздушной смеси или при комплексном охлаждении через воду в масло с определенной скоростью.

Стандарт ГОСТ 32696-2014 не определяет полный химический состав сталей с процентным содержанием легирующих элементов. Но он устанавливает ограничения на содержание серы и фосфора для различных групп прочности, представленные в таблице 1.

Также существуют указания на материалы для производства бурильных замков согласно ГОСТ 27834-95. Например, для бурильных труб из стали групп прочности D и E используется сталь 40 ХН (предел текучести 735 МПа), а для труб из стали групп прочности X, G, S - сталь 40ХМФА (предел текучести 980 МПа). Муфты для труб диаметром до 114 мм изготавливают из стали, чья прочность превышает группу прочности трубы. Трубы диаметром свыше 114 мм и соответствующие муфты изготавливаются из сталей одной группы прочности.

Весь текст будет доступен после покупки

1 Хайдерсбах Р. Защита от коррозии и металловедение оборудования для добычи нефти и газа. Санкт-Петербург. Профессия. 2013. 476с.
2 Moradi S, Ranjbar K. Experimental and computational failure analysis of drillstrings // Engineering Failure Analysis №16,.- 2009.-923-933.
3 D. Bert, A. Storaune, and N. Zheng, “Case Study: Drillstring Failure Analysis and New Deep-Well Guidelines Lead to Success,” SPE Drilling and Completion, vol. 24, no. 4, Dec. 2009.
4 Оборудование "Мотовилихи" // Оборудование и технологии для нефтегазового комплекса. 2008. № 3. С. 27-31.
5 Подузов, Д. П. Исследование превращений, структуры и свойств системно-легированной низкоуглеродистой стали 12Х3Г2МФС промышленной выплавки / Д. П. Подузов, М. Ю. Симонов, А. Н. Юрченко [и др.] // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. 2017. Т. 19. № 4. С. 41-60.
6 Specification for rotary drill stem elements // ANSI/API Specification 7-1. 2007. – 84 p
7 ГОСТ 32696-2014 «ТРУБЫ СТАЛЬНЫЕ БУРИЛЬНЫЕ ДЛЯ НЕФТЯНОЙ И ГАЗОВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ. Технические условия»
8 ГОСТ 631-75 «ТРУБЫ БУРИЛЬНЫЕ С ВЫСАЖЕННЫМИ КОНЦАМИ И МУФТЫ К НИМ. Технические условия»
9 ГОСТ 27834-95 «ЗАМКИ ПРИВАРЕНЫЕ ДЛЯ БУРИЛЬНЫХ ТРУБ. Технические условия»
10 Швецов О.В. Повышение эксплуатационной надежности бурильных труб из алюминиевых сплавов Д16Т и 1953Т1 // Научно-Технические ведомости СПбГПУ. 2017. Т. 23. №1. – С. 236-246

Весь текст будет доступен после покупки