Підвищення експлуатаційної надійності трубних і штангових колон для буріння та видобування нафти і газу

Abstract

Дисертацію присвячено вирішенню проблем впливу навантажування на накопичення корозійно-втомного пошкодження трубних і штангових колон з метою розроблення ефективних методів оцінки їх довговічності та залишкового ресурсу. Проведено експериментальні дослідження експлуатаційного навантажування трубних і штангових колон та локальних напружень згину в елементах бурильних колон і колон насосних штанг на викривлених ділянках. Розроблено метод підсумовування втомних пошкоджень при широкосмуговому навантажуванні та відповідний метод схематизації випадкового процесу навантажування. Розроблено метод урахування напружень з високим рівнем асиметрії циклу та чотирипараметричне рівняння кривої втоми для урахування корозійного чинника при оцінці довговічності трубних і штангових колон. Удосконалено розрахунково-експериментальний метод оцінки навантаженості елементів колон за допомогою індикаторів навантаження. Удосконалено розрахунково-експериментальний метод оцінки навантаженості та залишкового ресурсу колон за результатами досліджень натурних зразків з різним ступенем накопиченого корозійно-втомного пошкодження. Результати досліджень експериментально апробовано на натурних зразках елементів свердловинного обладнання. Комплексне врахування теоретичних і експериментальних досліджень, які ґрунтуються на закономірностях кінетики накопичення корозійно-втомного пошкодження елементів трубних і штангових колон, дало змогу вдосконалити методи розрахунку їх довговічності та залишкового ресурсу.

Диссертация посвящена решению проблемы повышения эксплуатационной надежности бурильных и штанговых колонн для бурения и добычи нефти и газа путем разработки эффективных методов оценки их долговечности и остаточного ресурса по эксплуатационной нагрузке. Проведена оценка эксплуатационной нагрузки трубных и штанговых колонн с помощью разработанных методик и средств. Проведена оценка контактных усилий и локальных напряжений изгиба в элементах бурильных и штанговых колони на искривленных участках с учетом силы растяжения и параметров искривления оси буровой скважины. Разработано чотирехпараметрическое уравнение кривой усталости с учетом коррозионного фактора при низких напряжениях. Разработан расчетно-экспериментальный метод оценки остаточного ресурса трубных и штанговых колонн по результатам исследований натурных образцов с разным коррозионно-усталостным повреждением. Усовершенствован метод суммирования усталостных повреждений при широкополосной нагрузке, базирующийся на раздельном учете многочастотности и распределения амплитуд на отдельных частотах. Усовершенствован метод схематизации случайного процесса нагружения с учетом многочастотности процесса и распределения амплитуд во времени, который базируется на определении экстремумов при поэтапном сглаживании процесса путем замены восходящих размахов на их средние значения. Усовершенствован метод учета циклов с положительным средним напряжением, в том числе с амплитудой напряжения, низшей за границу выносливости, при оценке долговечности с учетом кинетики усталостного повреждения. Усовершенствован расчетно-экспериментальный метод оценки нагружения элементов колонн с помощью индикаторов нагрузки, который дает возможность провести интегральную оценку нагружения с выделением нескольких уровней напряжений и определением на каждом уровне эквивалентного количества их циклов. Экспериментально исследовано накопление усталостных повреждений натурных образцов бурильной трубы ТБВ 140 "Л" с замковым соединением 3-147 и коррозионно-усталостных повреждений насосных штанг с разным сроком эксплуатации. Комплексный учет теоретических и экспериментальных исследований, базирующихся на закономерностях кинетики накопления коррозионноусталостного повреждения элементов трубных и штанговых колонн, дал возможность усовершенствовать методы расчета их долговечности и остаточного ресурса и, таким образом, повысить их эксплуатационную надежность. Разработанные методики и оборудование внедрены в нефтегазовую промышленность.

The thesis is devoted the solution of a problem of operate reliability raise of pipe and sucker-rod strings for boring and oil and gas recovery by development of effective methods of their longevity and a residual resource appraisal on an operating load. Experimental researches of an operating load and peephole cyclic stresses of a flexure in members of drilling and sucker-rod strings on the bent leases have been held. The summation method of fatigue damages of pipe and sucker-rod strings members at a broadband loading and the applicable method of casual process schematization of an loading has been designed. A method for the account of asymmetric cycle stresses high level and a four-parametric equation of a curve fatigue for the account of the corrosive factor have been designed at an appraisal of longevity of boring and sucker-rod strings members. Calculated-experimental methods of an appraisal of boring and sucker-rod strings members loading by means of weight indicators and an appraisal of a residual resource of members of pipe and sucker-rod strings by results of studies of full scale specimens with a different extent of the accumulated corrosion-fatigue fault have been developed. Results of study are approved experimentally on full scale specimens of members of drilling and sucker-rod strings. The complex account idealized and the experimental researches founded on regularity of kinetics of up building of a corrosion-fatigue fault of pipe and sucker-rod strings members, has given the chance to develop methods of their longevity and a residual resource calculation. Designed methods of application and means are implanted in the oil and gas industry.