Методы прогнозирования работоспособности фонтанных арматур газодобывающих скважин в условиях Севера

• Автор: Ерехинский, Борис Александрович
• Шифр специальности: 05.02.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 162 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИЙ, УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ И СТАТИСТИКИ ОТКАЗОВ ФОНТАННЫХ АРМАТУР ПРИ ДЛИТЕЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПО ФАКТИЧЕСКОМУ ТЕХНИЧЕСКОМУ СОСТОЯНИЮ

1.1 Конструктивное, материальное исполнение и условия эксплуатации.

1.2 Научно-методические основы организации эксплуатации по фактическому техническому состоянию

1.3 Статистика диагностирований и отказов

1.4 Постановка научной задачи, цели и задач исследования

2 ОБОСНОВАНИЕ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ И АЛГОРИТМОВ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ФОНТАННЫХ АРМАТУР ПО МЕХАНИЗМАМ СНИЖЕНИЯ ПЛАСТИЧНОСТИ И РАСТРЕСКИВАНИЯ МЕТАЛЛА
2.1 Алгоритм метода контроля технического состояния и прогнозирования работоспособности
2.2 Алгоритмы метода определения объема выборок элементов фонтанных арматур и проведения их выборочного лабораторного неразрушающего и разрушающего контроля
2.3 Модели анализа растрескивания сечения стенки с исходным концентратором (дефектом) и прогнозирования остаточного ресурса на основе анализа кинетики снижения пластичности и растрескивания металла
3 РАСЧЕТНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИАГНОСТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ И КРИТЕРИЕВ ПРЕДЕЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ
3.1 Выбор типовых элементов фонтанных арматур для лабораторного контроля
3.2 Определение высоконагруженных конструктивных концентраторов напряжений
3.3 Неразрушающий и разрушающий контроль выборок типовых элементов. Определение параметров конструктивных концентраторов и дефектов

3.4 Определение, оценка соответствия нормируемых свойств и анализ кинетики снижения пластичности металла
3.5 Определение критерия трещинообразования (разрушающей пластической деформации) - в сечении стенки с дефектом
4 РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНО-МЕТОДИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ И АПРОБАЦИЯ МЕТОДОВ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ФОНТАННЫХ АРМАТУР ПРИ ИХ ДИАГНОСТИРОВАНИИ
4.1 Нормативно-методическое и программное обеспечение
4.2 Неразрушающий контроль в полевых условиях
4.3 Расчет остаточного ресурса, определение возможности, сроков и
условий продления эксплуатации
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ
Северные нефтегазоконденсатные месторождения Западной Сибири имеют стратегическое промысловое значение для России на долгосрочную перспективу. В настоящее время на их долю приходится до 70% разведанных запасов газа, газового конденсата (нефти) месторождений Группы Газпром [1 -3 и др.]. Количество газодобывающих скважин этих месторождений составляет более 6 тыс. Для герметизации, контроля и управления работой скважин в их конструкции применяются фонтанные арматуры, состоящие из элементов различных производителей и типов-размеров. Среднее количество элементов фонтанных арматур на скважинах достигает порядка 130 тыс. Элементы фонтанных арматур являются одними из самых сложных и потенциально опасных технических устройств [4 - 10 и др.]. Надежность фонтанных арматур определяет надежность и эффективность эксплуатации скважин и газодобывающих предприятий в целом [11 - 14 и др].
Исследованиями установлено, что к настоящему времени наработка большей части фонтанных арматур (около 80%) превосходит проектный срок эксплуатации. С целью продолжения их дальнейшей эксплуатации по фактическому техническому состоянию они в соответствии с законодательными и нормативными требованиями [15 — 20 и др.] прошли неоднократное диагностирование и экспертизу промышленной безопасности. По мере увеличения наработки, количество таких элементов фонтанных арматур увеличивается. Анализ статистики и причин отказов элементов фонтанных арматур показывает, что при их длительной эксплуатации в низкотемпературных климатических условиях Севера происходит нарушение их работоспособности за счет снижения пластичности и растрескивания металла [21 — 24]. Этим создается высокий риск хрупких разрушений элементов фонтанных арматур с причинением тяжкого вреда для жизни и здоровья людей, объектов и окружающей среды.
Существующие методы диагностирования фонтанных арматур не позволяют контролировать и оценивать соответствие текущих (фактических)

оценки свойств металла по твердости не позволяют получать эту информацию в требуемом объеме. Такая информация может быть получена по результатам выборочного неразрушающего и разрушающего контроля элементов фонтанных арматур находящихся в эксплуатации.
В настоящей работе изложено теоретическое обоснование диагностических моделей, параметров, критериев, алгоритмов и методов прогнозирования работоспособности фонтанных арматур, которые в отличие от традиционных методов диагностирования предусматривают применение выборочного лабораторного неразрушающего и разрушающего контроля их типовых элементов, критерия разрушающей пластической деформации, анализа кинетики снижения пластичности и растрескивания металла.
Научные основы их обоснования базируются на трудах известных ученых в областях неразрушающего контроля и диагностирования нефтегазового оборудования (В.В. Клюев, В.М. Кушнаренко, H.A. Махутов, A.B. Митрофанов и др. [6, 39, 45, 46, 50, 51, 107 и др.]), механики упругопластического деформирования, разрушения, оценки надежности и прогнозирования ресурса элементов конструкций с учетом повреждений технологического и эксплуатационного происхождения (С.Н. Барышов, J1.P. Ботвина, Е.Е. Зорин, И.Р. Кузеев, H.A. Махутов, 10.F. Матвиенко, В.В. Москвичев, Е.М. Морозов, В.Н. Сызранцев, В.В. Харионовский, Г.М. Хажинский, О.Ф. Чернявский, и др. [13, 36, 37, 48, 55, 56, 94, 101, 105, 108-117 и др.]), а также на результатах собственных расчетно-экспериментальных исследований, изложенных в [21, 22, 64 и др.] и в третьей главе диссертации.
На рисунке 2.1 представлен разработанный алгоритм метода контроля технического состояния и прогнозирования работоспособности фонтанных арматур.