Удосконалення методу оцінки технічного стану бурильних та насосно-компресорних труб

Abstract

Робота присвячена удосконаленню методу оцінки фактичного технічного стану матеріалу бурильних та насосно-компресорних труб шляхом дослідження нових інформативних ознак матеріалу труб, за допомогою яких можливо виявити дефекти в матеріалі труб на мікроструктурному рівні та на основі отриманих результатів прогнозувати їх залишковий ресурс. Встановлено наявність та характер залежності між параметрами зображень акустичних структурних шумів та границею плинності матеріалу. Розроблено новий спосіб контролю фізико-механічних характеристик за допомогою ультразвукових дефектоскопів з п’єзоперетворювачами з фазованими ґратками, що дозволяє визначати фактичні значення ФМХ металу труб неруйнівними способами. Удосконалено спосіб визначення фізико-механічних характеристик, а саме , із урахуванням параметрів акустичних зображень структурних шумів та твердості, що відрізняється від існуючого використанням додаткового інформативного параметру, що характеризує зміни на мікроструктурному рівні і це дозволяє визначати фізико-механічні характеристики з більшою точністю. Розроблено та апробовано в промислових умовах на насосно-компресорних трубах методологію визначення фактичного технічного стану, та на основі цих даних визначено їх залишковий ресурс.

Работа посвящена совершенствованию метода оценки фактического технического состояния материала бурильных и насосно-компрессорных труб путем исследования новых информативных признаков материала труб, с помощью которых можно выявить дефекты в материале труб на микроструктурном уровне и на основе полученных результатов прогнозировать их остаточный ресурс. Рассмотрены условия эксплуатации, установлены причины отказов бурильных и насосно-компрессорных труб. Освещены основные типы насосно-компрессорных труб и основные методы диагностики и контроля их технического состояния. Установлено, что номенклатура диагностического комплекса не содержит этапа оценки изменений физико-механических характеристик под воздействием условий эксплуатации насосно-компрессорных труб (осевые нагрузки, циклические нагрузки, коррозия и т.д). Исследована взаимосвязь механических характеристик материала нефтегазового оборудования с его ресурсом. Рассмотрены существующие методики определения остаточного ресурса трубопроводов и вертикальных стальных резервуаров. Обработка данных методик свидетельствует о существенном влиянии физико-механических характеристик материалов нефтегазового оборудования, в частности предела текучести на срок безопасной эксплуатации данного оборудования. Теоретические исследования влияния изменения значений механических свойств металла бурильных и насосно-компрессорных труб на их остаточный ресурс позволили установить, что наиболее влиятельным является изменение значений предела текучести металла σt, в частности, изменение σt на 15% приводит изменения значений ресурса на 50% в то время , как предел прочности в процессе эксплуатации значительные изменения практически не испытывает. Обоснована актуальность применения многопараметрических методов для определения предела текучести по физическим признакам металла, а также применение в качестве одного из параметров контроля характеристик распространения ультразвуковых волн в металле бурильных и насосно-компрессорных труб как структурочувствительного. Установлено наличие и характер зависимости между параметрами изображений акустических структурных шумов и границей текучести материала. Проведены экспериментальные исследования, результатом которых было получение уравнения регрессии для определения предела текучести материала путем использования твердости и информативного параметра изображений акустических структурных шумов (интегральной плотности). Разработан новый способ контроля физико-механических характеристик с помощью ультразвуковых дефектоскопов с пьезопреобразователями с фазированной решеткой, что позволяет определять фактические значения at металла труб неразрушающими методами. Усовершенствован способ определения физико-механических характеристик, а именно σt, с учетом параметров акустических изображений структурных шумов и твердости, отличающийся от существующего использованием дополнительного информативного параметра, характеризующего изменения на микроструктурном уровне и это позволяет определять физико-механические характеристики с большей точностью. Разработана технология оценки технического состояния бурильных и насоснокомпрессорных на основе усовершенствованного метода определения предела текучести металла по измеренным значениям твердости и интегральной плотности изображений акустических структурных шумов. Проведена промышленная апробация, результаты которой свидетельствуют, что предельная основная погрешность определения предела текучести с помощью полученных зависимостей не превышает 5% относительно действительных значений, полученных испытанием исследуемых образцов труб на статическое растяжение.

The thesis is aimed at improving the methods for assessing the actual technical condition of drill pipes and tubing material by examining new informative features of the pipe material, which can be used to detect defects in the pipe material at the microstructural level, and allow residual life predicting according to the results received. The presence and nature of the relationship between the images parameters of acoustic structural noise and the yield strength of the material is established. A new method has been developed for monitoring the physical and mechanical characteristics using the ultrasonic flaw detectors with piezoelectric transducers with phased arrays, which makes it possible to determine the actual values of metal pipes PMC by nondestructive methods. The method for determining the physical and mechanical characteristics, namely, taking into account the parameters of structural noises’ acoustic images and hardness, that differs from the existing one using an additional informative parameter characterizing the changes at the microstructural level, and this allows to determine the physical and mechanical characteristics with greater accuracy. A methodology for determining the actual technical condition was developed and tested in industrial conditions on tubing, and their residual life was determined on the basis of these data.