УДК 622.27 Исследование коррозионных отложений в резьбовых соединениях насосно- компрессорных труб Павлова П.Л.

УДК 622.27
Исследование коррозионных отложений в резьбовых соединениях насоснокомпрессорных труб
Павлова П.Л.
научный руководитель канд. техн. наук Федорова Е. Н.
Сибирский федеральный университет
По данным промысловой статистики, доступным на сегодняшний день,
количество аварий насосно-компрессорных труб (НКТ) в ряде случаев достигает 80%
от общего числа аварий скважинного оборудования. При этом затраты на ликвидацию
неблагоприятных последствий коррозионных разрушений составляют до 30% от затрат
на добычу нефти и газа [2].
В большинстве случаев «доминирующими» — порядка 50%, являются отказы
НКТ, связанные с резьбовым соединением (разрушение, потеря герметичности и т.д.).
По данным Американского нефтяного института (API) по причине разрушения
резьбовых соединений количество аварий НКТ составляет 55%.[2] На рисунке 1
представлена диаграмма распределения отказов с НКТ по видам [3].
Отказы резьбового
соединения
50%
Отказы по телу трубы
Разрушения по телу
муфты
12%
11%
11%
10%
6%
Различные отложения
смол,парафинов и т.п.
Рисунок 1 — Распределение отказов НКТ по видам
При анализе условий эксплуатации внутрискважинного оборудования, оценке
коррозионной агрессивности добываемой жидкости, изучении состава и свойств
элементов НКТ, бывших в эксплуатации, анализе состава и строения продуктов
коррозии и других сопутствующих экспериментов было установлено, что отказы
наиболее часто происходили по причине коррозийного износа.
Фреттинг-коррозия в резьбовых соединениях, приводит к разрушению
сопряженных резьбовых поверхностей [1,с.584]. Попадания агрессивной жидкости в
межрезьбовое пространство ввиду его малой герметичности, является причиной
преобладания механизма щелевой коррозии. Интенсивная коррозия резьбовой части
НКТ приводит к ослаблению несущей способности колонны в целом и часто выступает
первопричиной ее обрыва [4].
Данный факт свидетельствует об актуальности проблемы повышения
коррозионной стойкости и долговечности труб нефтяного сортамента.
В ходе данной научно- исследовательской работы были изучены поверхности
участков резьбы насосно-компрессорной трубы с коррозийным износом, определен
элементный химический состав основного материала и твердых включений.
Экспериментальные исследования проводились в лаборатории электронной
микроскопии Центра коллективного пользования (ЦКП) СФУ. Исследуемая НКТ
представляет собой гладкую трубу с треугольным профилем резьбы, поврежденным во
время эксплуатации на Юрубчено-Тахомском
выполнена по ГОСТ 633-80.
месторождение.
НКТ
73х5,5-Е
а)
б)
Рисунок 2 — Образцы с участками резьбы без повреждений (а) и с
повреждениями (б)
На рисунке 3 представлены фотографии участков резьбы без повреждений
рисунок 3а, и с повреждениями 3б, полученные с помощью оптического микроскопа
NIKON Eclipse LV100D.
а)
б)
Рисунок 3 — Фотографии образцов с участками резьбы без повреждений (а) и с
повреждениями (б)
Для изучения микроструктуры, поверхность образцов была подвергнута
химическому травлению в 4% растворе HNO3 в спирте. Предварительные
эксперименты показали необходимость дальнейшего подбора параметров травления с
учетом сохранения продуктов коррозии, образовавшихся в условиях эксплуатации
НКТ.
На рисунке 4 представлены фотографии поверхности участков поврежденной
резьбы и обозначены зоны проведения энергодисперсионного анализа (спектры с
площади и точечные).
а)
б)
Рисунок 4 — Точечный ЭДА (а) и ЭДА с площади (б) для определения
элементного химического состава
В результате энергодисперсионного микроанализа установлено, что изучаемый
материал не содержит легирующих элементов и представляет собой сплав системы
железо - углерод. По содержанию углерода около 0,3% можно предположить, что
данный материал – Сталь 30, которая широко используется для изготовления НКТ.
Содержание углерода до 5% в некоторых спектрах можно объяснить погрешностью
ЭДА по углероду, а также наличием частиц алмазной пасты, которые не были удалены
в результате ультразвуковой очистки.
На рисунке 5 приведен пример спектрограммы участка удаленного от зон
повреждений.
555
Рисунок 5 — Пример спектрограммы
Были проанализированы также участки поврежденной резьбы, содержащие
включения – предположительно отложения, являющиеся результатом коррозионного
процесса.
а)
б)
Рисунок 6 — ЭДА различных участков поверхности а — без включений, б —
участки с предполагаемыми коррозионными отложениями
На рисунке 6 показаны несколько анализируемых проб — зоны участков без
отложений (а) и с предполагаемыми коррозионными отложениями (б). В результате
ЭДА включений установлено наличие кислорода (до 20 % масс.), незначительное
содержание хлора (0,8 — 1,5 % масс), серы (1,2 — 2 % масс.), меди (1,8 — 2,2 % масс.),
натрия (0,5 — 0,8 % масс.), следы кальция и калия.
Таким образом, твёрдые включения в объёме осадка на рабочих участках резьбы
характеризуются сложным поликомпонентным составом. Для более точного
определения фазового состава отложений необходимы дополнительные исследования,
в том числе с применением других физическим методов, например, рентгенофазового
анализа.
В результате исследований был установлен химический состав коррозионных
отложений. Полученные результаты далее будут использоваться при оценке
коррозионной агрессивности среды, а затем при прочностном расчете соединительных
узлов НКТ для учета коррозионного воздействия.
Благодарим канд. техн. наук, доцента кафедры МиТОМ ПИ СФУ Галину
Михайловну Зеер за помощь в проведении ЭДА.
Список используемой литературы
1.
Эксплуатация оборудования для бурения скважин и нефтегазодобыче.
Под общ. ред. В.Н. Протасова: Учеб. для вузов. – М.: ООО «Недра - Бизнесцентр»,
2004. – 691с.: ил.
2.
Проскурин Е., Арустамов С. Новая жизнь треугольной резьбы: электрон.
журн. 2007. URL: http://www.rmo.ru/ru/nmoborudovanie/nmoborudovanie/20072/24_31_OTA_02_07.pdf
3.
Никитин О., Насосно-компрессорная труба: рецепт долголетия: URL:
http://zct.ru/novosti1/nasosno-kompressornaya_truba_recept_dolgoletiya1
4.
Без автора. Эффективная эксплуатация насосно- компрессорных труб:
электрон. журн. 2011. №2(19). URL:http://neftegas.info/korroziya-tng/1066-effektivnayaekspluataciya-nasosno-kompressornyh-trub.html
_________________________________________________________________________________________________________________
__
Примечание: Статья должна быть предоставлена в отредактированном варианте,
за корректуру отвечает автор. Статьи, не удовлетворяющие вышеизложенным
требованиям, могут быть отклонены оргкомитетом.
Примечание: Заполняя регистрационную форму, автор гарантирует, что он лично
создал предлагаемое произведение (статью), которое не содержит в себе
неправомерно используемые материалы. В случае предъявления исков и претензий
третьих лиц в отношении нарушения авторских прав автор будет нести
ответственность, и выступать стороной в процессе.
Примечание: работа обязательно должна быть согласована вашим научным
руководителем.
По всем вопросам обращаться к председателю СНО ИНиГ СФУ:
Чалкину Илье Алексеевичу, 89232782530, chalkin.ilya@mail.ru
Презентация обязательна, количество слайдов не больше 10. Время выступления не
более 3-5 минут.