Коррозионно-усталостная прочность сталей насосно-компрессорных труб в пластовых средах

В процессе эксплуатации НКТ свойственно восприятие не только статических растягивающих и сжимающих нагрузок от массы колонны и гидростатического давления столба жидкости, но и переменных динамических воздействий при добыче флюида фонтанным, газлифтным и любым механизированным способом.
В связи с этим, наиболее характерными причинами отказов лифтовых колонн НКТ являются:
- обрыв колонны труб вследствие усталостного разрушения под действием переменных циклических нагрузок;
- нарушение целостности и герметичности резьбового соединения;
- разрыв как по продольному, так и по поперечному сечению трубы.

Оценка влияния пластовых вод на предел выносливости сталей НКТ, выполненная на основе результатов проведенных коррозионно-усталостных испытаний.

Известно, что основным эксплуатационным фактором, влияющим на работоспособное состояние насосно-компрессорных труб (НКТ) в нефтегазовых скважинах, является совокупность действия циклических нагрузок и многокомпонентных пластовых сред с высокой степенью минерализации и возможным насыщением попутными кислыми газами, ведущая к активизации процессов электрохимической коррозии и ускорению разрушения

Мониторинг динамики развития микро- и макротрещинных структурных дефектов стали НКТ основан на применении существующих методов неразру- шающего контроля, позволяющих определять текущий размер дефекта струк- туры металла, который может находиться как в области структурной устойчи- Длина трещины, м l –1T кор., м lmax, м L –1T кор., м L –1нач. кор., область структурной устойчивости материа- ла область развития дефекта до макроскопического размера область развития макродефекта до разрушения текущий размер дефекта, не влияющий на снижение прочностных характеристик текущий размер развивающе- гося дефекта Коэффициент запаса KL по структурной устойчивости 1. Коэффициент запаса Kσ по ограниченной выносливости 2. Коэффициент запаса KD по поврежденности структуры 3. Коэффициент запаса KT по размерам текущей трещины разрушение объекта L –1кор.разр., 9 вости материала, так и в зоне роста до своего критического значения.

Коррозионно-усталостные эксперименты проводились на  образцах из конструкционной стали 45, легированных сталей марок 40Х и 30ХМА групп прочности «Д, «Е» и «Л» НКТ соответственно в сухом воздухе и при воздействии пластовых составов Усин-ского и Западно-Тэбукского нефтяных месторождений [1÷4]. 

1. Установлено, что коэффициент коррозионного влияния, отнесенный к единице прочности стали, представляет собой удельный показатель, зависит от временного сопротивления разрыву стали и минерализации пластовой среды воздействия. Показано, что полученные зависимости соответствуют результа- там исследований, проведенных на растворах NaCl, с аппроксимацией 0,99. На основании удельного показателя получены эмпирические выражения, позволя- ющие рассчитать предел ограниченной выносливости сталей групп прочности «Д», «К», «Е» и «Л» для условий Усинского и Западно-Тэбукского нефтяных месторождений. При необходимости аналогичные выражения могут быть полу- чены для любого типа пластовых вод.

2. На основе полученных параметров зернистости и предела ограничен- ной выносливости найдены выражения для расчета длин некритичных и кри- 12 тичных трещин, характеризующих стадии латентного накопления микродефек- тов и их развития до разрушения стали в минерализованных средах. Эти выра- жения положены в основу расчета предела ограниченной выносливости непо- врежденной структуры стали НКТ, текущий предел ограниченной выносливо- сти, предельную и текущую поврежденности стали НКТ в минерализованных средах.

3. Предложен метод оценки коррозионно-усталостного состояния НКТ в минерализованных средах с помощью расчета коэффициентов запаса по ограниченной выносливости, поврежденности структуры металла, структурной устойчивости сталей и размерам текущей трещины, что обеспечивает дублирующий мониторинг за техническим состоянием НКТ в процессе эксплуатации в солевых условиях. 

1. Юшин, Е. С. К методике коррозионно-усталостных испытаний образ-
цов НКТ при изгибе с вращением на машине МУИ–6000 [Текст] / Е. С. Юшин,
И. Ю. Быков // Строительство нефтяных и газовых скважин на суше и на море.
– 2011. – № 12. – С. 23–26.
2. Юшин, Е. С. Методика оценки влияния пластовых вод на усталостную
прочность насосно-компрессорных труб [Текст] / И. Ю. Быков, Е. С. Юшин //
Научно-технический журнал «Инженер-нефтяник». – М.: ООО «Ай Ди Эс
Дриллинг», 2014. – № 3. – С. 36–42.
3. Юшин, Е. С. Оценка влияния пластовой воды на усталостную проч-
ность сталей для насосно-компрессорных труб [Текст] / И. Ю. Быков, Е. С.
Юшин // Всероссийская научно-практическая конференция «Нефтегазовый
комплекс: образование, наука и производство»: материалы конференции (14–18
апреля 2014 г., Альметьевск) : в 2 ч.; ч. 1. – Альметьевск : АГНИ, 2014. – С.
354–359.

Assessing the impact of reservoir water on the endurance limit of steel tubing , made ​​on the basis of the results of corrosion - fatigue tests