Инженерная практика
Российский нефтегазовый журнал о технологиях и оборудовании
+7 (903) 580-85-63 +7 (495) 371-01-74 info@glavteh.ru
Telegram

О ремонте и использовании бывших в употреблении насосных штанг

За последние годы в нефтяных компаниях (НК) накопилось большое количество бывших в употреблении (б/у) насосных штанг (ШН), в большинстве своей непригодных к дальнейшей эксплуатации (рис. 1). В этой связи перед НК стоит дилемма: сдавать эти штанги в металлом или, проводя разбраковку на проверочных стендах, использовать часть годных насосных штанг вновь в менее нагруженных частях штанговых колонн в скважине. И эта проблема актуальна для большинства нефтяных компаний.

Как показывает практика, так называемые ремонты б/у ШН с отрезкой головки штанг и методом калибровки штанг с большего диаметра на меньший, а также правка штанг растяжением в условиях НГДУ на поверочных стендах, не устраняют ни усталость, ни старение металла. В конечном счет это не выгодно для Потребителя, для которого такая практика оборачивается дополнительными рисками, затратами и упущенной выгодой. ЗАО «ТД «МЗ» совместно с нефтяниками успешно реализует другой подход — замену старых НШ на новые на условиях приема б/у штанг в металлолом. Только такой подход дает нефтяникам необходимые гарантии надежности оборудования и приносит и по-настоящему экономически эффективен.

30.06.2013 Инженерная практика №06,07/2013
Городецкий Александр Степанович Директор ЗАО «ТД «МЗ»
Ануфриев Олег Николаевич Главный специалист ЗАО «ТД «МЗ»

Рис. 1. Бывшие в употреблении насосные штанги на складах НК
Рис. 1. Бывшие в употреблении насосные штанги на складах НК

О СОСТОЯНИИ Б/У НАСОСНЫХ ШТАНГ

По завершении определенного срока службы любого изделия из металла, работающего в условиях циклических и динамических нагрузок, наступает вероятность его обрыва по причине развития усталостных микротрещин — как невидимых внутренних, так и видимых наружных. И насосные штанги в этом отношении исключения не составляют.

Рис. 2. Проверка и контроль насосных штанг
Рис. 2. Проверка и контроль насосных штанг
Рис. 3. Тело штанги после 4-5 лет эксплуатации в скважине покрывается микротрещинами
Рис. 3. Тело штанги после 4-5 лет эксплуатации в скважине покрывается микротрещинами

На стендах для проверки ШН, настроенных на порог отбраковки, равный полю допуска на диаметр штанг, выявляются только явные трещины и поверхностные дефекты (рис. 2). Более мелкие поверхностные микротрещины, которые есть у всех б/у ШН, можно увидеть только при кратном увеличении (рис. 3). И чем дольше работает штанга в скважине, тем их больше.

Критерия отбраковки б/у ШН по микротрещинам не существует. В то же время любая микротрещина в ШН с большим сроком эксплуатации (более 5 лет) в процессе дальнейшего использования изделия может стать очагом развития трещины и обрыва штанги. Именно в этом заключается ответ на вопрос, почему спуск в скважину проверенных на дефектоскопе и признанных годными б/у штанг оборачивается незапланированными обрывами. Насосные штанги б/у, даже после проверки их на дефектоскопе не могут быть 100%-но годными: их поверхность покрыта микротрещинами и существует риск и их обрыва.

Вероятность обрывов ШН ежегодно возрастает и после 10 лет эксплуатации достигает 100%. В большинстве нефтяных компаний при анализе штангового фонда действует система светофора: 5-7 лет эксплуатации — зеленый свет, можно использовать, 7– 10 лет — желтый, внимание, и более 10 — лет-красный, использовать нельзя. При этом анализ используемого штангового фонда скважин НК России показывает, что доля насосных штанг, которые отработали более 10 лет и находятся в зоне «красного цвета», составляет 50-60% от общего числа.

Рис. 4. Б/у штанги после эксплуатации в скважине
Рис. 4. Б/у штанги после эксплуатации в скважине

ОБ УХУДШЕНИИ СТРУКТУРЫ НАСОСНОЙ ШТАНГ ПОД ВЛИЯНИЕМ КОРРОЗИОННОЙ СРЕДЫ

На насосные штанги, находящиеся в скважине, действуют следующие неблагоприятные факторы (рис. 4):

  • Циклические знакопеременные нагрузки: напряжения изгиба, растяжения, кручения, сжатия и трения. Все эти виды нагрузок действуют на насосные штанги при работе их в скважине постоянно и в комплексе;
  • Осложненные условия добычи нефти в скважине, связанные с искривленностью ствола скважины, наличием песка, асфальтосмолопарафиновых отложений (АСПО), высокого газового фактора, высокой температуры и давления;
  • Наличие и постоянный рост коррозионной активности добываемой жидкости с присутствием в попутно добываемой воде ионов солей, щелочей, кислот, а также ионов водорода, который повышает хрупкость металла. Все эти элементы за годы эксплуатации ШН в скважине путем диффузии проникают во внутреннюю структуру металла и разрушают ее, вытесняя и замещая элементы на атомном и молекулярном уровне, понижают прочностные свойства штанги, ускоряя процесс старения металла.
  • Находящиеся в скважине насосные штанги подвергаются следующим видам коррозии металла:
  • Химическая или электрохимическая коррозия, протекающая в среде электролитов, которая всегда создается там, где присутствует жидкость и механически взаимодействуют между собой изделия из металла;
  • Газовая коррозия, которая идет в металле, находящимся в газожидкостной смеси с повышенным газовым фактором. Процесс ускоряется и осложняется высокими температурами;
  • Подземная коррозия, протекающая в пластовой жидкости в закрытом объеме под высоким давлением.

Все перечисленные виды коррозии воздействуют на насосную штангу в комплексе.

Дополнительно по виду воздействия комплексной агрессивной среды, принимающей участие в процессе разрушения структуры металла, различают:

  • Коррозию в металле под напряжением (под нагрузкой) — растяжением, сжатием и т.д.;
  • Коррозию при трении металла о металл (эрозию металла) (рис. 5).
Рис. 5. Эрозия металла на поверхности б/у штанг
Рис. 5. Эрозия металла на поверхности б/у штанг

Все эти перечисленные коррозионные условия работы насосных штанг в скважине в разы увеличивают скорость старения структуры металла и снижают параметры его надежности. Комплексное воздействие негативных нагрузок и условий эксплуатации на насосную штангу в скважине начинается на атомном и молекулярном уровне, а с годами и наработанными циклами визуально проявляется на поверхности штанги. Однако в большинстве случаев по внешнему виду поверхность б/у насосных штанг, если нет видимых эрозионных разъеданий поверхности, меняется не слишком заметно. В результате и создается иллюзия ее 100%-ной годности.

О РЕМОНТЕ Б/У ШНВ ЗА ВОДСКИХ УСЛОВИЯХ

Несмотря на отсутствие даже в зарубежной практике создания из старых насосных штанг новых, в России по согласованию с нефтяными компаниями течение последних 5-6 лет такие виды ремонта ШН в заводских условиях появились и проводятся.

В частности, это ремонт с отрезкой головок штанг. При таком ремонте штанг головки штанг отрезаются и на «старом теле» штанги, выковываются новые (рис. 6). При этом размер штанг уменьшается с 8000 мм до 7800 мм. ОАО «Мотовилихинские заводы» всегда выступало против ремонта ШН с отрезкой головок штанг по целому ряду причин.

Рис. 6. Технология ремонта б/у штанг с отрезкой головок
Рис. 6. Технология ремонта б/у штанг с отрезкой головок

Во-первых, при ремонте штанг с отрезкой головок усталостные микротрещины на теле штанги и старение металла с элементами коррозии и его диффузии после эксплуатации в скважине никуда не исчезают. Полный цикл термообработки (нормализация, отпуск) на таких штангах провести невозможно, так как режимы термообработки для разных марок сталей разные, и какой вид термообработки проводить на «обезличенных» штангах после отрезки головки штанги, никто не знает. Поэтому на всех таких штангах усредненно проводится отпуск. Какие свойства у этих штанг после этого получились, какая структура зерна в зоне высадки новой головки — неизвестно. При отпуске насосных штанг снимаются только напряжения, а прочностные свойства не задаются. По этой причине нет гарантий надежности таких штанг.

Во-вторых, свойства у этих ремонтных штанг получаются разные, а чтобы понять какие они, надо исследовать механические свойства каждой штанги, порезав ее на образцы. При серийном производстве в печь идут штанги одной марки и одной плавки. Поэтому, изрезав на образцы штангу, вышедшую из печи с заданными температурными режимами, в начале термообработки и в конце, можно по положительным результатам исследования металлургической лаборатории дать заключение о годности по механическим свойствам всей партии (500-1000) штанг.

В-третьих, «гибридные штанги» с новой головкой со старым телом получаются с разными прочностными характеристиками, в результате чего колонны в скважинах получаются не равнопрочными, с разными приведенными напряжениями, что значительно повышает риск обрывов штанг в скважине и увеличивает стоимость этого ремонта.

Второй вид ремонта — ремонт б/у ШН калибровкой. Старая б/у штанга, после отрезки головки штанги (также происходит обезличивание штанги, так как срезается заводская маркировка штанги) перекатывается с диаметра 22 м на 19 мм. Новой штанги при этом также не получается. Вышеперечисленные проблемы с диффузией, коррозией и старением металла, которые были накоплены в структуре старой штанги за годы ее эксплуатации в условиях агрессивной среды скважины, «закатываются» при этом виде ремонта внутрь новой гибридной штанги и остаются там, чтобы при нагрузках, быть очагом развития трещин и обрывов.

Давать гарантию гибридным штангам с непонятными свойствами, полученным при таких видах ремонта, и в качестве которых специалисты завода не уверены — не в принципах «Мотовилихи». Поэтому, несмотря на неоднократные просьбы от НК, такие виды ремонта насосных штанг на заводе не проводятся.

СООТНОШЕНИЕ ЗАТРАТ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ Б/У ШТАНГ И ПОКУПКЕ НОВЫХ

Бесспорно, на первый взгляд, при повторном использовании старого фонда б/у насосных штанг вновь, получается существенная экономия средств. Однако при этом мы забываем о том, что получил Потребитель (НГДУ)? А получил он следующее:

Рис. 7. Маркировка ремонтной штанги
Рис. 7. Маркировка ремонтной штанги

Насосные штанги с новой высаженной головкой со старыми проблемами по структуре тела штанги, накопленными в процессе предыдущей эксплуатации, и с непонятными прочностными свойствами. На выходе получена обезличенная штанга, где исчезло клеймение плавки металла . Из какой марки стали сделана штанга — неизвестно. Клеймится эта ШН буквой Р — «ремонтная» (рис. 7).

Вероятность обрывов гибридных штанг в несколько раз больше, чем у новых. Обрывы таких штанг в скважине ведут к незапланированным затратам, которые складывается из стоимости работ бригады КРС (150-200 тыс. руб.) и стоимости простоя скважины (1-2 недели упущенной выгоды). В итоге получается, что все расходы НК на такой ремонт старых насосных штанг с транспортировкой штанг к месту ремонта и обратно в НГДУ и дополнительные затраты, связанные с обрывностью в скважинах, соизмеримы с затратами на покупку колонны новых штанг.

Расчеты в таких используемых нефтяниками программных комплексах для подбора колонн на промыслах, как «Автотехнолог» (РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина), «НАСОС» (БашНИПИнефть) и др., для этих ШН будут вестись «интуитивно». Для гибридных насосных штанг с разными прочностными свойствами невозможно правильно задать характеристики, поскольку их прочностные показатели неизвестны. И это также приводит к значительному увеличению обрывности колонн.

Опыт использования б/у штанг в НК «ТНК-ВР», «Татнефть», «Удмуртнефть», «ЛУКОЙЛ» позволяет судить об очень коротком жизненном цикле ремонтных ШН по сравнению с новой штангой. Специалисты этих НК идут на ремонт ШН по одной причине — в силу необходимости осваивать деньги выделенные, на дефектацию и текущий ремонт штанг, хотя это экономически не целесообразно.

В результате таких ремонтов, в погоне за низкой ценой ремонтной штанги по сравнению с новой, Потребитель получает не то, что ему нужно на самом деле. Если эти методы ремонта штанг по восстановлению их прочностных параметров — правильные, то почему они не используются в мировой практике? За рубежом старое оборудование сдается в металлолом для переплавки, а Потребителю возвращается новое оборудование, годное по всем показателям.

ВЫВОДЫ

Косметические ремонты б/у ШН с отрезкой головки штанг и методом калибровки штанг с большего диаметра на меньший, а также правка штанг растяжением в условиях НГДУ на поверочных стендах, не устраняют ни усталость, ни старение металла. Потребитель, получая продукцию после таких ремонтов и проверок, гарантий по работе такого «нового» оборудования не получает, а получает проблемы и риски.

«Мотовилиха» предлагает свое решение проблемы по использованию б/у насосных штанг. ЗАО «ТД «МЗ» проводит ремонт штанг с заменой б/у ШН на новые. То есть старые насосные штанги, привозимые на завод, бракуются на 100% по цене металлолома и обмениваются на такое же количество новых штанг по меньшей стоимости (за вычетом стоимости металлолома). Металлолом идет на дальнейшую переплавку.

Устранить дефектность, усталость, старение металла, накопленные годами, в результате вышеперечисленных воздействий, можно только одним методом — переплавкой металла, получением нового проката и ковкой новой насосной штанги. Только в этом случае восстанавливаются все прочностные свойства металла и из него можно получить прокат для штанг со всеми гарантийными и ресурсными показателями. Другого способа из старых отработанных штанг создать новые не существует. Ранее в НК существовала практика, когда насосные штанги после 5-7 лет эксплуатации и 2-3 «полетов» штанг в скважине браковались и заменялись новыми. И эта практика была правильной. Если этого не делать, то вероятность обрывов насосных штанг в скважине будет стремительно расти.

Рис. 8. Технология получения нового проката на ОАО «Мотовилихинские заводы»
Рис. 8. Технология получения нового проката на ОАО «Мотовилихинские заводы»
Рис. 9. Доставка новых насосных штанг взамен старых
Рис. 9. Доставка новых насосных штанг взамен старых

Для получения нового проката на ОАО «Мотовилихинские заводы» используется следующая технология. Выплавка металла для штангового проката производится в электропечи по передовым технологиям, которые включают продувку инертными газами, раскисление синтетическими шлаками, разливку непрерывным способом (рис. 8). Скоростной экспресс-анализ металла в процессе выплавки и доводки стали в печи-ковше позволяет оперативно контролировать химический состав расплава, выплавлять сталь суженного химического состава с пониженным содержанием неметаллических включений и растворенных газов.

Один из вариантов обмена штанг предполагает доставку б/у штанги с нефтепромыслов автотранспортом. Далее б/у штанга сдается на металлолом, а в штанговом цехе взамен грузится новая штанга (рис. 9).

По такой схеме ЗАО «ТД МЗ» несколько лет работает с дочерними компаниями «ЛУКОЙЛа» и ООО «Башнефть-добыча». Эта схема позволила НК избавиться от металлолома, и взамен получить новые штанги со всеми гарантиями.

Комментарии

Эту публикацию еще никто не прокомментировал. Станьте первым, поделитесь своим мнением.

Написать комментарий
Комментировать
Читайте далее
FIBER GLASS SYSTEMS— история развития стеклопластиковых труб
3D проектирование в среде Autocad Bentley Plant или простым языком о сложном
Свежий выпуск
Инженерная практика №11-12/2023

Инженерная практика

Выпуск №11-12/2023

Повышение эффективности мехфонда. Работа с осложненным фондом скважин. Методы борьбы с коррозией
Методы интенсификации добычи ВВН и СВН Автоматизация мониторинга ОФОборудование для эксплуатации БС и СМД Комплексный подход к защите ВСО от коррозииИмпортозамещение в сфере ЛКМ
Ближайшее совещание
АРМАТУРА ’2024
Производсвенно - техническое Совещание

АРМАТУРА ’2024. Производство и эксплуатация трубопроводной арматуры и оборудования устья скважин. Лучшие практики и новые разработки. Импортозамещение и реинжиниринг

с 11 по 12 июня 2024 года, г. Уфа
ООО «Инженерная практика» приглашает Вас и Ваших коллег принять участие в отраслевом техническом Совещании «АРМАТУРА ’2024. Производство и эксплуатация трубопроводной арматуры и оборудования устья скважин. Лучшие практики и новые разработки. Импортозамещение и реинжиниринг». Мероприятие будет проходить в очном формате в зале ГК «Башкирия» города Уфы в период с 11 по 12 июня 2024 года.
Ближайший тренинг
Капитальный ремонт скважин, Строительство скважин
Ловильный сервис ‘2024
Тренинг-курс (программа "Наставник")

ЛС-2024. Ловильный сервис на нефтяных и газовых скважинах '2024

с 4 по 6 июня 2024 г., г. Пермь
ООО «Инженерная практика» в рамках программы «Наставник» проводит набор группы специалистов для прохождения производственно-технического тренинга по программе «ЛС-2024. Ловильный сервис на нефтяных и газовых скважинах». Трехдневный тренинг-курс будет проводиться в рамках авторского курса С. Балянова. Количество участников ограниченно (группа курса не более 24 человек). Приглашаем к участию.