Оцінка довговічності насосних штанг з урахуванням експлуатаційних факторів

Abstract

На основі інформації по відмовам КНШ в „Надвірнанафтогаз” здійснено статистичний аналіз аварійності елементів КНШ і визначено вплив експлуатаційних факторів на їх довговічність. Підкреслено значний вплив викривленості свердловин на частоту та розподіл відмов. Розроблено методику аналітичного розрахунку напружень і зусилля притискання КНШ до стінок насосно-компресорних труб (НКТ) на скривлених ділянках. За даною методикою проаналізовано закономірності впливу профілю свердловини та параметрів КНШ на зусилля притискання та напруження згину в НШ. Розроблено методику та необхідні засоби для дослідження впливу тертя НШ по НКТ на її корозійно-втомну довговічність. Результати досліджень дозволили зробити висновок про позитивний вплив фрикційної складової на корозійно-втомну довговічність НШ для мало скривлених свердловин (зусилля притискання до 100 Н). Значну увагу приділено розробці удосконаленого засобу вимірювання навантажень, діючих в верхній частині штангової колони, який дозволяє виділяти високочастотні цикли навантажень КНШ і проводити безпосередній запис результатів вимірювань для їх обробки на ПЕОМ. З допомогою розробленого удосконаленого динамографа з індукційним давачем переміщень проведено експериментальні дослідження з оцінки навантаженості КНШ в експлуатаційних умовах та розроблено розрахунково-експериментальний метод раціонального вибору кінематичних характеристик приводу. Удосконалено розрахункові методики оцінки впливу експлуатаційного процесу навантажування на довговічність насосних штанг, а саме, впливу багаточастотності та напружень, нижчих за границю витривалості матеріалу НШ. Розроблено розрахунково-експериментальний метод з оцінки залишкового ресурсу КНШ в конкретних умовах експлуатації.

Диссертация посвящена усовершенствованию методов оценки долговечности насосных штанг с учетом существенных эксплуатационных факторов. В первом разделе рассмотрено состояние исследований по тематике диссертационной работы. На основе информации по отказам колонн насосных штанг (КНШ) в „Надворнаянефтегаз” осуществлен статистический анализ аварийности элементов КНШ и определено влияние эксплуатационных факторов на их долговечность. Подчеркнуто значительное влияние искривленности буровых скважин на частоту и распределение отказов. Рассмотрены работы отечественных и зарубежных ученых, касающиеся прогнозирования долговечности колонны в эксплуатационных условиях. На завершение раздела обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулировано задачи исследований. Во втором разделе разработана методика и необходимые средства для исследования влияния трения НШ по НКТ на ее коррозионно-усталостную долговечность. Значительное внимание уделено разработке усовершенствованного средства измерения нагрузок, действующих в верхней части штанговой колонны, которое позволяет выделять высокочастотные циклы нагрузок КНШ и проводить непосредственную запись результатов измерений для их обработки на ЭВМ. В третьем разделе разработана методика аналитического расчета напряжений и усилие прижимания КНШ к стенкам насосно-компрессорных труб (НКТ) на искривленных участках. По данной методике проанализировано закономерности влияния профиля буровой скважины и параметров КНШ на усилие прижимания и напряжение изгиба в НШ. Разработан расчетно-экспериментальный метод оценки остаточного ресурса КНШ в конкретных условиях эксплуатации. Четвертый раздел посвящен экспериментальным исследованиям нагружения, долговечности и остаточного ресурса колонны насосных штанг. Проведена оценка эксплуатационной нагрузки колонны насосных штанг и его влияния на ее долговечность. Проанализированы результаты эксплуатационной нагрузки насосных штанг на работающих буровых скважинах, которые получены с помощью разработанной конструкции динамографа с датчиком малых перемещений. Разработан расчетно-экспериментальный метод определения длины хода и числа качаний насоса для заданного диаметра плунжера. С помощью данного метода возможно стабилизировать динамический уровень жидкости, т.е. согласовать приток жидкости из буровой скважины и подачу глубинного насоса. Также проведено исследования долговечности колонны насосных штанг с учетом эксплуатационного нагружения. Анализ проведенных экспериментальных исследований с помощью усовершенствованной методики прогнозирования остаточного ресурса деталей и оборудования в типичных условиях эксплуатации позволил определить параметры кинетической диаграммы коррозийной усталости насосных штанг. На основе данных параметров рассчитан остаточный ресурс штанг после определенного срока эксплуатации.

The statistical analysis of rods string (RS) elements accident rate based on breakdowns data of "Nadvirnanaftogas" is carried out and operational factors effect on rods durability is worked out. Significant influence of wells deviation on breakdowns frequency and distribution is emphasized. The method of analytical calculation of stress and RS press strain to the tubing walls on deviated parts is developed. Principles of well profile and RS parameters influence on press strain and bend strain in rods are analyzed. The method and wherewithal for research of influence of rod and tubing friction on its corrosion-fatigue durability are developed. Research results gave the possibility to conclude about positive influence of frictional constituent on rods corrosion-fatigue durability for weakly deviated wells (press strain less than 100 N). Significant attention is focused on development of improved device of loads measurement that act on the top of rod string. Improved dynamograph with induction displacement transducer allows to single out high-frequency cycles of RS loads and to conduct immediate recording of measurement results for its processing.