Способ контроля прочности насосных штанг

 

Изобретение относится к области нефтепромыслового машиностроения и предназначено для использования при изготовлении и эксплуатации насосных штанг. Способ контроля прочности насосных штанг из стали или из композиционного полимерного материала типа стеклопластика путем воздействия растягивающей нагрузки включает в себя стадии выборочного и сплошного контроля. В процессе нагружения постоянно фиксируют параметры акустической эмиссии, причем на стадии выборочного контроля определяют для всех штанг данной выборки нагрузку порога акустической эмиссии, соответствующую уровню нагружения, при котором значение параметра акустической эмиссии достигает заданной величины, и фиксируют минимальную для штанг выборки нагрузку порога акустической эмиссии. На стадии сплошного контроля производят нагружение всех штанг партии до величины контрольной растягивающей нагрузки, значение которой меньше минимальной нагрузки порога акустической эмиссии для штанг выборки, причем, если на стадии сплошного контроля для какой-либо из штанг определяют, что значение контролируемого параметра акустической эмиссии соответствует ранее определенной нагрузке порога акустической эмиссии, то такую штангу бракуют. Данное изобретение направлено на повышение технического уровня контроля прочности насосных штанг за счет мониторинга уровня разупрочнения материала штанги в процессе нагружения. 5 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области нефтепромыслового машиностроения и предназначено для использования при изготовлении и эксплуатации насосных штанг из стали или из композиционного полимерного материала типа стеклопластика, в частности для контроля прочности этих изделий.

В процессе глубинно-насосной добычи нефти штанговая колонна подвергается воздействию растягивающих нагрузок, включающих постоянно действующую нагрузку от собственного веса штанг и периодически действующую гидростатическую нагрузку от веса пластовой жидкости. Надежность и долговечность при эксплуатации штанговой колонны зависят от уровня качества каждой из штанг, входящих в ее состав.

Известен способ контроля прочности насосных штанг путем воздействия растягивающей нагрузки, при котором производят выборочный контроль разрушающего напряжения при растяжении материала штанг на стандартных образцах и периодические испытания этого же показателя для не менее чем двух штанг из каждой партии (ГОСТ 13877-96. Штанги насосные и муфты штанговые. Технические условия. М.: ИПК Издательство стандартов, 1999).

Такое техническое решение не обеспечивает необходимой надежности контроля прочности штанг, так как контроль разрушающего напряжения при растяжении на стандартных образцах не дает полного представления о прочностных характеристиках всей штанги в целом, а выборочные испытания не дают достоверной информации о прочностных характеристиках всех изделий данной партии.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ контроля прочности насосных штанг, при котором производят выборочный контроль разрушающей нагрузки при растяжении не менее чем для пяти штанг из каждой партии, а также сплошной контроль способности штанг сопротивляться контрольной растягивающей нагрузке, равной 125% максимальной рабочей нагрузки (ГОСТ Р 51161-98. Штанги насосные стеклопластиковые. Технические условия. М.: ИПК Издательство стандартов, 1998).

В этом случае при выборочном контроле разрушающей нагрузки при растяжении можно получить первичную информацию о прочности насосной штанги, а сплошной контроль всех штанг партии позволяет оценить определенный минимальный уровень предельной нагрузки для данной партии.

Недостатком данного технического решения является то, что в результате такого способа контроля прочности штанг мы не можем судить об уровнях разупрочнения изделий на разных стадиях нагружения, а следовательно, не можем правильно выбрать величину контрольной растягивающей нагрузки, используемой в качестве критерия отбора на стадии сплошного контроля. Выбор контрольной растягивающей нагрузки, исходя из величины максимальной рабочей нагрузки, не всегда уместен, более удобно на основании величины контрольной растягивающей нагрузки выбирать максимальную рабочую нагрузку.

Настоящее изобретение направлено на повышение технического уровня контроля прочности насосных штанг путем воздействия растягивающей нагрузки за счет мониторинга уровня разупрочнения материала штанги в процессе нагружения.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе контроля прочности насосных штанг из стали или из композиционного полимерного материала типа стеклопластика путем воздействия растягивающей нагрузки, включающем стадии выборочного и сплошного контроля, на стадии выборочного контроля производят нагружение до разрушения нормированной выборки штанг данной партии с определением разрушающей нагрузки при растяжении, а на стадии сплошного контроля производят нагружение до величины контрольной растягивающей нагрузки всех штанг данной партии, согласно изобретению, в процессе нагружения постоянно фиксируют параметры акустической эмиссии, причем на стадии выборочного контроля определяют для всех штанг данной выборки нагрузку порога акустической эмиссии, соответствующую уровню нагружения, при котором значение параметра акустической эмиссии достигает заданной величины, и фиксируют минимальную для штанг выборки нагрузку порога акустической эмиссии, а на стадии сплошного контроля производят нагружение всех штанг партии до величины контрольной растягивающей нагрузки, значение которой меньше минимальной нагрузки порога акустической эмиссии для штанг выборки, причем, если на стадии сплошного контроля для какой-либо из штанг определяют, что значение контролируемого параметра акустической эмиссии соответствует ранее определенной нагрузке порога акустической эмиссии, то такую штангу бракуют.

Величину контрольной растягивающей нагрузки выбирают на уровне, составляющем 90% от величины минимальной для выборки штанг нагрузки порога акустической эмиссии.

Параметры акустической эмиссии фиксируют в зонах, расположенных по всей длине штанги, а в процессе контроля производят с помощью параметров акустической эмиссии локацию по зонам и в пределах каждой зоны участков, в которых проходит более интенсивное разупрочнение материала штанги при нагружении.

Процесс контроля качества штанг осуществляют в режиме постоянной скорости нагружения с фиксацией зависимости параметра акустической эмиссии от уровня нагружения или в режиме постоянной скорости деформирования с фиксацией совмещенной зависимости параметра акустической эмиссии от времени нагружения и уровня нагружения от времени нагружения.

В качестве параметров акустической эмиссии используют показатели, выбранные из группы, включающей суммарный счет акустической эмиссии, скорость счета акустической эмиссии, амплитуду акустической эмиссии, суммарную скорость счета акустической эмиссии по всем зонам, суммарную амплитуду акустической эмиссии по всем зонам.

Способ реализуется следующим образом.

Первоначально на стадии выборочного контроля в процессе нагружения до разрушения нормированной выборки штанг данной партии фиксируют параметры акустической эмиссии и определяют для каждой из штанг выборки нагрузку порога акустической эмиссии, под которой понимают такой уровень нагрузки, при котором значение параметра акустической эмиссии достигает определенной, заранее выбранной величины, фиксируют минимальную для данной выборки нагрузку порога акустической эмиссии. Затем, если все насосные штанги данной выборки соответствуют нормам по уровню разрушающей нагрузки при растяжении, на стадии сплошного контроля производят нагружение до величины контрольной растягивающей нагрузки всех штанг данной партии, фиксируя параметры акустической эмиссии. На данной стадии используют величину контрольной растягивающей нагрузки, значение которой меньше величины минимальной для выборки штанг нагрузки порога акустической эмиссии. Если на стадии сплошного контроля акустической эмиссии для какой-либо из штанг партии определяют, что значение контролируемого параметра акустической эмиссии соответствует ранее определенной нагрузке порога акустической эмиссии, то такую штангу бракуют. Наиболее целесообразно устанавливать величину контрольной растягивающей нагрузки на уровне, составляющем 90% от величины минимальной для выборки штанг нагрузки порога акустической эмиссии.

В процессе проведения контроля параметры акустической эмиссии фиксируют в зонах, расположенных по всей длине штанги, и проводят с помощью параметров акустической эмиссии локацию по зонам и в пределах каждой зоны участков, в которых проходит более интенсивное разупрочнение материала штанги при нагружении.

Контроль качества насосных штанг осуществляют в режиме постоянной скорости нагружения с фиксацией зависимости параметра акустической эмиссии от уровня нагружения. Возможно также использование режима постоянной скорости деформирования с фиксацией совмещенной зависимости параметра акустической эмиссии от времени нагружения и уровня нагружения от времени нагружения.

В качестве параметров акустической эмиссии используют такие показатели, как суммарный счет акустической эмиссии, скорость счета акустической эмиссии, амплитуда акустической эмиссии, суммарная скорость счета акустической эмиссии по всем зонам, суммарная амплитуда акустической эмиссии по всем зонам.

Метод акустической эмиссии, используемый при контроле качества, основан на анализе параметров акустического излучения, возникающего при локальной внутренней перестройке структуры твердого тела. В отличие от обычных методов дефектоскопии метод акустической эмиссии позволяет определять растущие, а следовательно, и наиболее опасные дефекты в материале. Он является оптимальным для получения количественных данных о динамике дефектообразования на ранних стадиях разрушения. Применение метода акустической эмиссии возможно только при наличии напряженного состояния исследуемого объекта, которое имеет место в результате механического, термического или других видов воздействия на него.

При контроле качества насосных штанг использование метода акустической эмиссии позволяет фиксировать изменения в структуре материала штанги, происходящие в процессе нагружения: образование микродефектов, кинетику их накопления, перерастание микродефектов в макродефекты.

Сигналы акустической эмиссии представляют собой радиоимпульсы сложной формы с высокочастотным заполнением, называемым осцилляциями. Количество осцилляций и форма радиоимпульса зависят от формы и длительности первичного импульса источника акустической эмиссии, от формы и резонансных свойств объекта, а также от амплитудно-частотной характеристики приемного преобразователя.

Аппаратурное оформление способа контроля качества насосных штанг включает два блока: блок нагружения и блок акустико-эмиссионного контроля. Блок нагружения представляет собой стенд для испытания насосных штанг на растяжение. Стенд должен обеспечивать возможность нагружения испытываемого изделия по заданной программе и фиксацию растягивающей нагрузки в режиме постоянного мониторинга. Блок акустико-эмиссионного контроля представляет собой универсальный измерительный комплекс акустико-эмиссионного контроля, обеспечивающий графическое и текстовое представление полученных данных на экране монитора как в ходе контроля, так и при постобработке. Комплекс должен обеспечивать локацию дефектов по длине штанги и кластеризацию объекта по количеству слоцированных акустико-эмиссионных событий. В процессе контроля должна быть обеспечена полная синхронизация режима нагружения на стенде и режима работы комплекса.

Таким образом, заявленный способ контроля качества насосных штанг для глубинно-насосной добычи нефти путем воздействия растягивающей нагрузки позволяет проводить на стадии выборочного контроля полный мониторинг уровня разупрочнения материала штанги во всем диапазоне нагружения вплоть до разрушения, благодаря фиксации параметров акустической эмиссии, определять нагрузку порога акустической эмиссии и на основании нагрузки порога акустической эмиссии выбирать величину контрольной растягивающей нагрузки.

Выбранная таким образом контрольная растягивающая нагрузка используется как критерий отбора на стадии сплошного контроля насосных штанг, что существенно повышает эффективность контроля, обеспечивает высокую достоверность полученных результатов и позволяет прогнозировать уровень максимальной рабочей нагрузки при эксплуатации насосных штанг.

Формула изобретения

1. Способ контроля прочности насосных штанг из стали или из композиционного полимерного материала, типа стеклопластика, путем воздействия растягивающей нагрузки, включающий стадии выборочного и сплошного контроля, на стадии выборочного контроля производят нагружение до разрушения нормированной выборки штанг данной партии с определением разрушающей нагрузки при растяжении, а на стадии сплошного контроля производят нагружение до величины контрольной растягивающей нагрузки всех штанг данной партии, отличающийся тем, что в процессе нагружения постоянно фиксируют параметры акустической эмиссии, причем на стадии выборочного контроля определяют для всех штанг данной выборки нагрузку порога акустической эмиссии, соответствующую уровню нагружения, при котором значение параметра акустической эмиссии достигает заданной величины, и фиксируют минимальную для штанг выборки нагрузку порога акустической эмиссии, а на стадии сплошного контроля производят нагружение всех штанг партии до величины контрольной растягивающей нагрузки, значение которой меньше минимальной нагрузки порога акустической эмиссии для штанг выборки, причем, если на стадии сплошного контроля для какой-либо из штанг определяют, что значение контролируемого параметра акустической эмиссии соответствует ранее определенной нагрузке порога акустической эмиссии, то такую штангу бракуют.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что величину контрольной растягивающей нагрузки выбирают на уровне, составляющем 90% от величины минимальной для данной выборки нагрузки порога акустической эмиссии.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что параметры акустической эмиссии фиксируют в зонах, расположенных по всей длине штанги, а в процессе контроля производят с помощью параметров акустической эмиссии локацию по зонам и в пределах каждой зоны участков, в которых происходит более интенсивное разупрочнение материала штанги при нагружении.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс контроля качества штанг осуществляют в режиме постоянной скорости нагружения с фиксацией зависимости параметра акустической эмиссии от уровня нагружения или в режиме постоянной скорости деформирования с фиксацией совмещенной зависимости параметра акустической эмиссии от времени нагружения и уровня нагружения от времени нагружения.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве параметров акустической эмиссии используют показатели, выбранные из группы, включающей суммарный счет акустической эмиссии, скорость счета акустической эмиссии, амплитуду акустической эмиссии.

6. Способ по п.3, отличающийся тем, что в качестве параметров акустической эмиссии используют показатели, выбранные из группы, включающей суммарную скорость счета акустической эмиссии по всем зонам, суммарную амплитуду акустической эмиссии по всем зонам.