авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Выбор состава и структуры сталидля изготовления насосно-компрессорных труб с повышенными эксплуатационными характеристиками

-- [ Страница 1 ] --


На правах рукописи

Князькин Сергей Александрович

Выбор состава и структуры стали
для изготовления Насосно-компрессОрных
труб с повышенными эксплуатационными характеристиками

Специальность 05.16.09 Материаловедение (машиностроение)

А в т о р е ф е р а т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Пенза 2013

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Тольяттинский государственный университет» и в ООО «Самарский инженерно-технический центр».

Научный руководитель    доктор физико-математических наук,

профессор

Выбойщик Михаил Александрович

Официальные оппоненты: Ушаков Борис Константинович,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Московский государственный технический университет
им. Н. Э. Баумана», профессор кафедры «Материаловедение»;

Розен Андрей Евгеньевич,

доктор технических наук, профессор,

ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет», заведующий кафедрой «Сварочное, литейное
производство и материаловедение»

Ведущая организация ФГБОУ ВПО «Самарский государственный технический университет»

Защита состоится 11 апреля 2013 г., в 14 часов, на заседании диссертационного совета Д 212.186.03 в ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет» по адресу: 440026, г. Пенза, ул. Красная, 40.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет».

Автореферат разослан ___________________ 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета    Воячек Игорь Иванович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. в последнее время коррозионная активность нефтепромысловых сред повсеместно увеличилась, что привело к существен-ному снижению средней наработки лифтовых колонн, собранных из насосно-компрессорных труб (НКТ).

Участились случаи нарушения герметичности лифтовых колонн по причине сквозной язвенной коррозии по телу и по резьбовым соединениям.
На месторождениях ОАО «Томскнефть», ООО «РН-Ставропольнефтегаз»
и других месторождениях трубы разрушаются в течение двух-трех месяцев. Происходят катастрофические разрушения с обрывом лифтовых колонн (полеты) в результате критического утончения стенки труб и муфт из-за углекислотной язвенной коррозии, а также из-за растрескивания в сульфидсодержащей среде. Основным фактором, определяющим преобладающий механизм
и кинетику развития коррозионно-механического разрушения труб нефтяного сортамента, является концентрация растворенных газов H2S и СО2.

Несмотря на относительно большой объем исследований по сульфид-ному коррозионному растрескиванию под напряжением и углекислотной коррозии, проблемы повышения коррозионной стойкости стальных труб при воздействии этих двух видов наиболее опасного коррозионно-механического разрушения остаются нерешенными и являются актуальными.





Необходима разработка новых сталей повышенной коррозионной стой-кости для производства насосно-компрессорных труб, работающих в тяжелых условиях современных месторождений. Основой таких разработок является анализ причин, механизма и кинетики развития разрушения широко применяемых материалов. Необходимо определить факторы, влияющие на низкую длительность эксплуатации насосно-компрессорных труб и соответственно направления работ по разработке новых сталей.

Объект исследования: стали, используемые для изготовления насосно-компрессорных труб, и их эксплуатационные свойства.

Предмет исследования: установление связей между составом, структурой и свойствами сталей для изготовления насосно-компрессорных труб с целью повышения их эксплуатационных характеристик.

Цель работы заключается в повышении эксплуатационных характе-ристик насосно-компрессорных труб на основе выбора состава и структуры стали, увеличивающих их прочность и коррозионную стойкость.

Задачи исследования:

  1. Разработать методику периодического мониторинга состояния насосно-компрессорных труб по глубине скважины в условиях реальной эксплуа-тации.
  2. Провести сравнительный анализ процессов накопления повреждаемос-ти используемых в настоящее время насосно-компрессорных труб при лабораторных и промысловых испытаниях в средах, насыщенных H2S и СО2.
  3. Определить рациональный состав стали, обеспечивающий высокую коррозионную стойкость к растрескиванию в сульфидсодержащей среде и углекислотной коррозии.
  4. Выбрать режимы термической обработки насосно-компрессорных труб, обеспечивающие сочетание высоких механических свойств и корро-зионной стойкости материала в средах, насыщенных H2S и СО2.
  5. Провести промысловые испытания насосно-компрессорных труб из предлагаемой стали.

Методы исследования. В процессе лабораторного анализа и промысло-вых испытаний использован комплекс исследований, включающий световую, просвечивающую и сканирующую электронную микроскопию, рентгено-структурный фазовый и локальный рентгеноспектральный химический анализы, механические испытания, коррозионные испытания на стойкость
к водородной и общей углекислотной коррозии. Все испытания проведены
в специализированных лабораториях на аттестованном оборудовании по стандартизированным российским и международным методикам. Результаты измерений обработаны с применением программных пакетов Microsoft Office.

Достоверность и обоснованность научных результатов обеспечиваются корректным применением основных положений материаловедения для описания физических закономерностей процессов разрушения металла насосно-компрессорных труб, сходимостью результатов лабораторных и промысловых (натурных) испытаний, а также положительными результатами внедрения в производство.

На защиту выносятся:

  1. Результаты промысловых испытаний и лабораторных исследований развития разрушения металла насосно-компрессорных труб в средах с повы-шенным содержанием H2S и СО2.
  2. Методика мониторинга состояния материала насосно-компрессорных труб в процессе эксплуатации.
  3. Сравнительный анализ строения, состава и структуры продуктов углекислотной коррозии на поверхности насосно-компрессорных труб из традиционно используемых сталей (марок 35Г2С и 30ХМА) и предложенной стали марки 15Х5МФБЧ.
  4. Закономерности и особенности формирования структуры и свойств при термической обработке стали 15Х5МФБЧ.
  5. Химический состав и технология термической обработки стали 15Х5МФБЧ, обеспечивающие сочетание высоких механических свойств
    и коррозионной стойкости к растрескиванию в сульфидсодержащей среде
    и углекислотной коррозии.
  6. Результаты промысловых испытаний насосно-компрессорных труб из стали 15Х5МФБЧ.

Научная новизна:

  1. Показано, что при эксплуатации насосно-компрессорных труб меха-низм и кинетика развития водородного растрескивания под напряжением определяются количеством, формой и расположением неметаллических включений. Кинетика углекислотной коррозии определяется составом, строением и адгезией продуктов коррозии, образующихся на поверхности труб в процессе эксплуатации.
  2. Выявлена идентичность механизмов развития разрушения насосно-компрессорных труб в средах с повышенным содержанием H2S при эксплуатации и в лабораторных условиях.
  3. Установлена связь скорости общей и язвенной углекислотной кор-розии, состава и строения продуктов коррозии со структурой и составом металла насосно-компрессорных труб.
  4. Показано, что продукты углекислотной коррозии, образовавшиеся на трубах из сталей 30ХМА и 15Х5МФБЧ в процессе эксплуатации, сохраняют форму и расположение карбидной фазы стали и содержат в 37 раз больше Cr и Mo, чем легированная сталь, что определяет защитные свойства слоя корро-зионных отложений к язвенному разрушению.

Практическая значимость:

  1. Разработанная методика контроля состояния насосно-компрессорных труб лифтовых колонн в процессе эксплуатации позволила уменьшить число случаев катастрофического разрушения (полета) лифтовой колонны, затраты на ремонт скважин и снизить потери добычи нефти. На месторождениях Коми предотвращено 7 полетов подвесок насосно-компрессорных труб, в том числе на высокодебитных скважинах Баяндыского месторождения.
  2. Результаты лабораторных испытаний, подтвержденные промысловыми данными, позволяют научно обоснованно выбирать марку стали насосно-компрессорных труб с учетом условий эксплуатации конкретных место-рождений (скважин).
  3. Предложенные режимы термообработки насосно-компрессорных труб из стали 15Х5МФБЧ обеспечили сочетание высоких механических свойств
    с высокими показателями стойкости к растрескиванию в сульфидсодержащей среде, а также уменьшение скорости язвенной углекислотной коррозии
    в 10 и более раз по сравнению с применяемыми сталями.

Реализация результатов работы

Трубы из предложенной марки стали 15Х5МФБЧ испытывались на Возейском месторождении ООО «ЛУКОЙЛ-Коми» в нефтяной добывающей скважине № 1177. После 540 и 855 суток эксплуатации опытная подвеска не имела проявлений язвенной коррозии при содержании СО2 в извлекаемом флюиде 350 мг/л. Средняя наработка насосно-компрессорных труб из используемых марганцовистых и хромомолибденовых сталей в этих условиях не превышает 230 суток.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были представлены и обсуждались на международных научных конференциях: «Актуальные проблемы прочности» (Витебск, Беларусь, 2010, 2012 гг.), «Актуальные проблемы прочности» (Харьков, Украина 2011 г.), «Физика прочности и пластичности материалов» (Самара, Россия, 2012 г.), «Фазовые превращения и прочность кристаллов» (Черноголовка, Россия, 2012 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 19 печатных работ, из них 6 в изданиях, рекомендованных ВАК, и 3 патента РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка использованной литературы из 105 наименований
и трех приложений. Работа изложена на 165 страницах основного текста, включает 42 рисунка и 7 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы; приведены цель и задачи исследования, научная новизна, практическая значимость; сформулированы положения, выносимые на защиту.

В первой главе проведен анализ отечественных и зарубежных иссле-дований, показаны основные направления в области повышения эксплуатационной надежности труб нефтяного сортамента.

Показано, что эксплуатируемые лифтовые колонны имеют малый срок эксплуатации, подвергаясь преждевременному разрушению. В зависимости от состава добываемой жидкости трубы разрушаются вследствие водородного растрескивания (обрыв) или из-за сквозной углекислотной язвенной коррозии. Средняя наработка до разрушения для скважин повышенной агрессивности месторождений: Крапивинское – 54 сут, Усинское – 83 сут, Мектебское –
72 сут, Белозерско-Чубовское – 48 сут.

Несмотря на большой объем исследований по коррозионно-механи-ческому разрушению оборудования в нефтедобывающей промышленности, выполненный известными учеными Т. В. Тетюевой, В. И. Астафьевым,
Р. К. Мелеховым, А. В. Шрейдером, И. С. Шпарбером и др., механизмы протекания углекислотной и бактериальной коррозий нефтегазопроводных труб в настоящее время достаточно не изучены. Задачи повышения стойкости сталей к углекислотной и бактериальной коррозиям остаются актуальными.

Повышение коррозионной стойкости лифтовых колонн в H2S- и СО2-со-держащих средах требует разработки и применения новых материалов. Для обеспечения разработки новых марок сталей насосно-компрессорных труб необходимо выявить причины и механизмы разрушения широко применяемых материалов и определить наиболее рациональные пути достижения требуемых эксплуатационных свойств насосно-компрессорных труб.

Сформулированы цель и задачи проведения работы.

Во второй главе приведены методика проведения промысловых испытаний, а также методики лабораторных исследований коррозионно-механи-ческого разрушения металла насосно-компрессорных труб.

В качестве объектов исследований использовали металл насосно-компрессорных труб из широко применяемых марок сталей 35Г2С и 30ХМА, а также предлагаемой стали марки 15Х5МФБЧ. Химический состав, механические и коррозионные свойства широко применяемых марок сталей приведены в таблицах 1 и 2.

Выбор методов и средств исследований основан на необходимости получения информации о характере накопления повреждаемости металла объектов исследований при наводороживании под нагрузкой и при взаимодействии с диоксидом углерода.

Таблица 1 – Химический состав исследуемых сталей

Марка стали Содержание элементов, %
C Si Mn Cr Ni Cu Mo V Al S P
35Г2С* 0,36 0,48 1,46 0,015 0,019
30ХМА** 0,32 0,27 0,50 0,91 0,12 0,17 0,15 0,03 0,031 0,005 0,007

_____________________

* Сталь 35Г2С после контролируемой прокатки имеет высокую концентрацию удлиненных сульфидов.

** Сталь 30ХМА после закалки и отпуска для глобуляризации неметаллических включений обработана кальцием.

Таблица 2 – Механические свойства металла исследуемых труб

Марка стали Норма-тивный
документ
Груп-па проч-ности Одноосное
растяжение
Ударный
изгиб,
Дж/см2/ДВС*,
%
Твер-дость Стой-
кость
к растрески-ванию
В, МПа 0,2, МПа т/ в 5, % КСV +20C КСV 40C HRB th, % от 0,2 (NACE TM0177, ме-
тод А)
35Г2С ГОСТ63380 Д 646 511 0,79 24,3 63/10 36/0 92 60
30ХМА ТУ1308-206-01470162002 Лс** 791 712 0,90 20,8 227/100 208/100 100 75


Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.