Способ дефектоскопии глубинно-насосных штанг

 

Изобретение относится к дефектоскопии находившихся в эксплуатации глубиннонасосных штанг. Задача - обеспечение достоверности установления непригодности штанг для их дальнейшей эксплуатации за счет создания в теле штанг напряжений, превосходящих напряжения в ней в процессе эксплуатации. При этом штангу подвергают объемно-контактной правке, затем изменяют нагружение штанги от величины минимального до величины максимального и вновь до величины минимального нагружения штанг в скважине. Одновременно с изменением нагрузки продольно намагничивают штангу до насыщения и измеряют при этом уровень выходного сигнала. Затем штангу нагружают ступенчато с последующим снятием нагрузки после каждого нагружения. Такое нагружение продолжают при непропорциональном удлинении штанги от изменения нагрузки, но не более предела прочности материала штанги, после чего вновь производят намагничивание штанги и измерение уровня выходного сигнала. Сравнивая результаты измерений, судят о возможности дальнейшей эксплуатации штанги. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к дефектоскопии находившихся в эксплуатации протяженных ферромагнитных изделий магнитоиндукционным методом, в частности насосных штанг, используемых в механизированной глубиннонасосной нефтодобыче. Изобретение также может быть использовано в любых отраслях машиностроения для дефектоскопии находившихся в эксплуатации труб, валов, стержней и других протяженных ферромагнитных изделий.

Известен способ дефектоскопии насосных штанг магнитоиндукционным методом, включающий продольное намагничивание штанги постоянным током с помощью катушки намагничивания и регистрацию при этом сигнала с помощью двух измерительных катушек [1].

Однако этот известный способ не обеспечивает достоверный контроль находившихся в эксплуатации насосных штанг, так как он позволяет выделить лишь дефекты типа несплошность и то частично, а дефекты типа неоднородность структуры вообще не выявляются. Вследствие этого невозможно установить природу дефекта.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ дефектоскопии глубиннонасосных штанг, заключающийся в том, что контролируемую насосную штангу нагружают до величины минимального нагружения штанги в скважине, изменяют нагрузку от величины минимального до величины максимального нагружения ее в скважине и вновь до величины ее минимального нагружения в скважине и одновременно с начала изменения нагрузки производят продольное намагничивание штанги постоянным током до насыщения и измеряют уровень сигнала магнитных полей рассеяния путем одновременного перемещения от одного конца штанги до другого ее конца локальной области намагничивания и измерения уровня сигнала магнитных полей рассеяния в этой области. Повторно нагружают штангу и вновь осуществляют при этом продольное намагничивание штанги постоянным током до насыщения и измерение уровня сигнала магнитных полей рассеяния в этой области, сравнивают результаты измерений, полученные при указанных режимах нагружения, по которым судят о наличии в виде дефектов [2].

Однако этот известный способ дефектоскопии обеспечивает достоверность контроля только новых, еще не находившихся в эксплуатации насосных штанг. В том случае, когда дефектоскопии подвергаются насосные штанги, находившиеся в эксплуатации, то осуществить достоверный контроль таких штанг невозможно. Это объясняется тем, что насосные штанги при аномальных условиях эксплуатации, например, под действием сил сжатия деформируются, приобретая сложную, произвольно искривленную форму, которая сохраняется и при нагружении штанги, соответствующем ее максимальному нагружению в скважине. Поэтому такую искривленную насосную штангу в большинстве случаев вообще невозможно подвергнуть дефектоскопии.

Невозможность осуществить достоверный контроль насосных штанг, находившихся в эксплуатации, этим известным способом объясняется также следующими причинами.

Насосная штанга, предназначенная для механизированной глубиннонасосной нефтедобычи, эксплуатируется в высокоагрессивных средах, поэтому ее поверхность покрыта продуктами нефти, коррозии, ферромагнитными частицами, образующимися от трения наружной поверхности насосной штанги о внутреннюю поверхность насосно-компрессорных труб. Такие отложения, включая ферромагнитные частицы, заполняют свободные полости макро- и микродефектов насосных штанг. Поэтому при проведении дефектоскопии насосных штанг известным способом уровень сигнала магнитных полей рассеяния от дефектов типа несплошность уменьшится за счет образования ферромагнитных перемычек. В результате по полученному сигналу невозможно судить достоверно о степени опасности дефектов типа несплошность, чтобы сделать вывод о возможности дальнейшей эксплуатации насосной штанги.

К тому же, вследствие частичного соприкосновения внешней поверхности насосной штанги с внутренней поверхностью насосно-компрессорных труб происходит закатывание дефектов типа несплошность, уменьшение величины раскрытия дефекта при нагружении, что в конечном итоге при диагностике также уменьшает уровень выходного сигнала и не обеспечит достоверный контроль насосных штанг.

Кроме того, известный способ не позволяет достоверно установить степень опасности дефекта неоднородности структуры металла, приобретенного ранее в процессе ее изготовления. Поскольку вследствие коррозии тела насосной штанги в процессе эксплуатации невозможно расшифровать ее условное обозначение (марка стали, год выпуска, завод-изготовитель, режим термообработки), поэтому невозможно подобрать режим намагничивания насосной штанги в процессе дефектоскопии соответственно ее техническим данным.

Цель изобретения - обеспечение достоверности контроля глубиннонасосных штанг для их дальнейшей эксплуатации за счет создания в теле штанги напряжений, превосходящих напряжения в ней в процессе эксплуатации.

Это достигается тем, что в известном способе дефектоскопии глубиннонасосных штанг, заключающемся в том, что контролируемую насосную штангу нагружают до величины минимального нагружения штанги в скважине, изменяют нагрузку от величины минимального до величины максимального нагружения ее в скважине и вновь до величины ее минимального нагружения в скважине и одновременно с начала изменения нагрузки производят продольное намагничивание штанги постоянным током до насыщения и измерение уровня сигнала магнитных полей рассеяния при указанном изменении нагрузки путем одновременного перемещения от одного конца штанги до другого ее конца локальной области намагничивания и измерения уровня сигнала магнитных полей рассеяния в этой области. Повторно нагружают штангу и вновь осуществляют продольное намагничивание штанги постоянным током до насыщения и измерения уровня сигнала магнитных полей рассеяния путем одновременного перемещения от одного конца штанги до другого ее конца локальной области намагничивания и измерения уровня сигнала магнитных полей рассеяния в этой области. Сравнивают результаты измерений, полученные при указанных режимах нагружения, по которым судят о наличии и виде дефектов. Перед нагружением контролируемой насосной штанги ее подвергают объемно-контактной правке. Повторное нагружение осуществляют ступенчато с последующим снятием нагрузки до величины минимального нагружения штанги в скважине после каждого нагружения, а ступенчатое нагружение и снятие нагрузки со штанги продолжают до величины, не превышающей предел прочности материала штанги. По результатам сравнения судят о возможности дальнейшей эксплуатации штанги. Ступенчатое нагружение штанги осуществляют с ее одновременным кручением.

Способ осуществляют следующим образом.

Насосную штангу укладывают на рольганги правочной машины, высаженную часть штанги закрепляют в захвате механизма перемещения насосной штанги и включают электродвигатели привода ведущих рольгангов и механизма равномерного перемещения насосной штанги. В результате насосная штанга, имеющая сложную криволинейную цилиндрическую форму, при прохождении через рольганги в процессе непрерывной объемно-контактной правки приобретает правильную цилиндрическую форму. После правки насосную штангу укладывают в захваты универсальной установки для дефектоскопии насосных штанг. Нагружают штангу до величины минимального нагружения ее в скважине (F = 1000 кГс) при помощи нагрузочного механизма.

Продолжают нагружение предварительно растянутой штанги до величины максимального ее нагружения в скважине (F = 3000 кГс) и одновременно с начала изменения нагрузки начинают намагничивать насосную штангу.

Продольное намагничивание штанги осуществляют путем перемещения на платформе расположенных коаксиально к насосной штанге двух катушек намагничивания от начала штанги до ее конца. Передвижение платформы осуществляют с помощью гибкой тяги, уложенной на барабан.

Намагничивание производят постоянным магнитным полем катушек намагничивания до насыщения, при этом магнитное поле в теле штанги от каждой катушки намагничивания совпадает с направлением движения этих катушек. После достижения нагружения насосной штанги величины, соответствующей максимальному ее нагружению в скважине (F = 3000 кГс) снимают постепенно механическую нагрузку до величины, соответствующей минимальному нагружению штанги в скважине (F = 1000 кГс), при этом процесс перемещения катушек и, следовательно, процесс намагничивания штанги продолжают непрерывно до тех пор, пока платформа не займет конечного положения.

Одновременно с процессом намагничивания насосной штанги осуществляют измерение уровня сигнала магнитного поля рассеяния с помощью двух измерительных катушек, выход которых подключен на вход быстродействующего прибора Н 338/4. Измерительные катушки перемещают вдоль штанги одновременно с катушками намагничивания при указанном нагружении, тем самым получают эксплуатационную дефектограмму насосной штанги с дефектами несплошности и неоднородности структуры.

Наличие дефекта типа несплошность в теле насосной штанги (например, усталостная трещина, расслоение металла и т.п.) приводит к перераспределению магнитного потока, пронизывающего насосную штангу в продольном направлении. Изменение длины силовой линии обусловлено геометрическими размерами дефекта: величиной раскрытия дефекта, площадью поперечного сечения и протяженностью дефекта. Поэтому при прохождении зоны дефекта несплошности катушками намагничивающей и измерительной систем с выхода измерительных катушек на вход быстродействующего самопишущего прибора Н 338/4 поступает однополярный суммарный импульс ЭДС.

Выделение дефектов неоднородности структуры основано на относительном сравнении непрерывно и локально изменяющихся магнитных проводимостей участков, расположенных в зоне первой и второй катушек намагничивания, так как магнитная проводимость участка зависит от объемного содержания феррита, перлита, сорбита, мартенсита в структуре изделия. В случае, если проводимости участков структуры, лежащих в зоне первой и второй катушек намагничивания, отличаются друг от друга, то на выходе измерительных катушек возникает ЭДС. Этот сигнал в процессе перемещения измерительных катушек вдоль штанги поступает на вход быстродействующего прибора Н 338/4.

После снятия эксплуатационной дефектограммы насосную штангу разгружают и перемещают в захваты нагрузочной машины и вновь нагружают ее до величины минимального нагружения штанги в скважине, после чего начинают ступенчатое нагружение штанги с последующим снятием нагрузки до величины минимального нагружения штанги в скважине.

Продолжают ступенчатое нагружение с последующим снятием нагрузки в области пластической деформации штанги, в которой фиксируют инструментально непропорциональное пластическое удлинение штанги от приложенной нагрузки, но не более предела прочности материала штанги. После этого разгружают насосную штангу и вновь укладывают в захваты универсальной установки для дефектоскопии насосных штанг. Производят продольное намагничивание штанги постоянным током до насыщения при одновременном измерении уровня сигнала магнитных полей рассеяния путем одновременного перемещения намагничивающей и измерительной систем от начала штанги до ее конца, получая тем самым еще одну дефектограмму.

В результате пластического непропорционального удлинения штанги от изменения нагрузки, превышающей нагружение штанги в скважине, но не более предела прочности материала штанги, в теле штанги, бывшей в эксплуатации, при наличии дефекта несплошности происходит явное видимое раскрытие трещины и пластическая деформация поперечного сечения штанги, наиболее пораженного дефектом несплошности, что при дефектоскопии приводит к резкому увеличению амплитуды сигнала с выхода измерительных катушек.

При наличии дефекта типа неоднородность структуры в результате пластического непропорционального удлинения штанги в указанных пределах наблюдается образование, например, шейки, диаметр которой меньше диаметра участка штанги за пределами дефекта. Поэтому при проведении дефектоскопии происходит уменьшение магнитной проводимости в зоне дефекта и, как следствие, резкое увеличение амплитуды сигнала с выхода измерительных катушек.

Для бездефектных штанг уровень сигнала с выхода измерительных катушек как по эксплуатационной дефектограмме, так и по дефектограмме после пластической деформации штанги остается неизменным.

Сравнивая уровни выходного сигнала при эксплуатационном и ступенчатом нагружении насосной штанги, судят о возможности дальнейшего использования насосной штанги для глубиннонасосной эксплуатации. Увеличение амплитуды выходного сигнала вследствие пластического непропорционального удлинения насосной штанги при нагрузке не более предела прочности материала штанги говорит о том, что штанга дефектная, и она непригодна для дальнейшей эксплуатации.

Предлагаемый способ дефектоскопии глубиннонасосных штанг позволяет из объема штанг, находившихся в эксплуатации, с высокой степенью достоверности выявить насосные штанги, которые пригодны для дальнейшей эксплуатации.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ДЕФЕКТОСКОПИИ ГЛУБИННО-НАСОСНЫХ ШТАНГ, заключающийся в том, что контролируемую насосную штангу нагружают до величины минимального нагружения штанги в скважине, изменяют нагрузку от величины минимального до величины максимального нагружения ее в скважине и вновь до величины ее минимального нагружения в скважине и одновременно с начала изменения нагрузки производят продольное намагничивание штанги постоянным током до насыщения и измерение уровня сигнала магнитных полей рассеяния при указанном изменении нагрузки путем одновременного перемещения от одного конца штанги до другого ее конца локальной области намагничивания и измерения уровня сигнала магнитных полей рассеяния в этой области, повторно нагружают штангу и вновь осуществляют продольное намагничивание штанги постоянным током до насыщения и измерение уровня сигнала магнитных полей рассеяния путем одновременного перемещения от одного конца штанги до другого ее конца локальной области намагничивания и измерения уровня сигнала магнитных полей рассеяния в этой области, сравнивают результаты измерений, полученные при указанных режимах нагружения, по которым судят о наличии и виде дефектов, отличающийся тем, что перед нагружением контролируемой насосной штанги ее подвергают объемно-контактной правке, повторное нагружение осуществляют ступенчато с последующим снятием нагрузки до величины минимального нагружения штанги в скважине после каждого нагружения, а ступенчатое нагружение и снятие нагрузки со штанги продолжают до величины, не превышающей предел прочности материала штанги, а по результатам сравнения судят о возможности дальнейшей эксплуатации штанги.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что ступенчатое нагружение штанги осуществляют с ее одновременным кручением.