Контроль непрерывных насосных штанг

Контроль непрерывных насосных штанг

Введение
Непрерывные насосные штанги (ННШ), или колтюбинговые насосные штанги, представляют собой цельнометаллические гибкие трубы большого метража, наматываемые на барабан. Они являются ключевым элементом при эксплуатации нефтяных скважин штанговыми насосами, особенно в рамках технологии непрерывной добычи. Обеспечение их надежности и долговечности критически важно для безаварийной работы и экономической эффективности. Контроль качества и диагностика состояния ННШ являются неотъемлемой частью их жизненного цикла. Данная статья освещает основные аспекты контроля ННШ.

1. Объекты испытаний

Объектами контроля являются сами непрерывные насосные штанги. Контроль проводится как на вновь изготовленных штангах перед их приемкой и вводом в эксплуатацию, так и на штангах, находящихся в эксплуатации (после каждой спуско-подъемной операции, после ремонта или при подозрении на повреждение). Основное внимание уделяется выявлению дефектов в следующих зонах:

1. Тело штанги: Основная протяженная часть ННШ.
2. Стыковые соединения: Места сварки отдельных секций в единую нить (как на новых штангах после изготовления, так и на отремонтированных участках). Это наиболее критичные зоны.
3. Переходные зоны: Участки возле концевых фитингов или в местах изменения сечения.
4. Концевые фитинги: Муфты, замки или другие элементы для соединения штанги с колонной НКТ и насосом (контроль самих фитингов и зон их крепления к трубе).
5. Зоны контакта с направляющими роликами и набегания на барабан: Участки, подверженные повышенному механическому износу и циклическому изгибу.

2. Область испытаний

Контроль ННШ охватывает следующие аспекты:

1. Контроль качества изготовления:
   • Проверка геометрических размеров (диаметр, овальность, толщина стенки).
   • Контроль механических свойств материала (прочность, твердость).
   • Обнаружение производственных дефектов: трещины, расслоения, раковины, поры, неметаллические включения, дефекты сварных швов стыков.
2. Диагностика состояния при эксплуатации:
   • Выявление эксплуатационных повреждений: трещины усталости (особенно в зонах концентрации напряжений – сварные швы, переходы), механические повреждения (задиры, вмятины, истирание стенки), коррозионные повреждения (питтинги, коррозионное растрескивание), остаточная деформация.
   • Оценка степени износа стенки.
   • Мониторинг целостности и надежности сварных соединений после ремонта.
3. Прогнозирование остаточного ресурса: На основании данных о дефектах и степени износа.

3. Методы испытаний

Для решения задач контроля ННШ применяются следующие основные методы неразрушающего контроля (НК):

1. Вихретоковый контроль (ВТК):

   • Принцип: Основан на анализе взаимодействия переменного электромагнитного поля вихретокового преобразователя с токопроводящим материалом штанги. Дефекты изменяют характеристики вторичного поля.
   • Применение на ННШ: Основной метод для быстрого сплошного контроля тела штанги на протяженных участках. Эффективен для обнаружения поверхностных и подповерхностных дефектов (трещины, коррозия, изменение толщины стенки, расслоения), а также для измерения толщины стенки и выявления зон переменного сечения.
   • Особенности: Требует хорошего контакта или минимального стабильного зазора между датчиком и поверхностью. Чувствителен к электромагнитным свойствам материала и геометрии объекта.

2. Магнитопорошковый контроль (МПК, Магнитная дефектоскопия):

   • Принцип: Основан на обнаружении магнитных полей рассеяния над поверхностными и неглубокими подповерхностными дефектами при намагничивании контролируемого участка штанги. Магнитные частицы (суспензия или сухой порошок) скапливаются в зонах этих полей, визуализируя дефект.
   • Применение на ННШ: Наиболее эффективен для выявления поверхностных и близко к поверхности расположенных дефектов, особенно трещин (включая усталостные) в критических зонах: стыковые сварные швы, концевые фитинги, переходы, зоны обнаруженных аномалий ВТК. Незаменим для контроля сварных соединений.
   • Особенности: Требует подготовки поверхности (очистка). Применим только к ферромагнитным материалам (стали). Дает прямую визуальную индикацию дефекта. Требует намагничивания.

3. Ультразвуковой контроль (УЗК):

   • Принцип: Основан на излучении в материал упругих ультразвуковых волн и анализе отраженных от дефектов или границ сигналов (эхо-метод) либо прошедших сигналов (теневой метод).
   • Применение на ННШ:
     • Эхо-метод: Используется для детального исследования выявленных аномалий (например, ВТК или МПК), особенно для определения глубины залегания и размеров дефектов. Эффективен для контроля толщины стенки в локальных точках, выявления внутренних дефектов (расслоения, включения). Часто применяется для контроля зон стыковых сварных швов с использованием специальных методик и шаблонов.
     • Теневой метод: Может использоваться для контроля стыковых сварных швов на наличие протяженных плоскостных дефектов (непровары, трещины).
   • Особенности: Требует акустического контакта (контактная жидкость). Результаты зависят от квалификации оператора и качества калибровки. Позволяет оценивать глубину и размеры дефектов.

4. Испытательное оборудование

Для контроля ННШ используется специализированное оборудование, адаптированное к их длине, гибкости и необходимости контроля на барабане или на прямолинейных участках:

1. Вихретоковые установки:

   • Ручные сканеры: Для локального контроля сварных швов, фитингов, зон аномалий.
   • Автоматизированные системы с кольцевыми датчиками (сканерами): Устанавливаются на направляющих перед барабаном или на специальных консолях. Позволяют проводить сплошной высокоскоростной контроль тела штанги по всей длине в процессе намотки/размотки барабана. Регистрируют и записывают данные для последующего анализа.

2. Оборудование для магнитопорошкового контроля:

   • Переносные комплекты: Включают источники намагничивания (электромагниты типа "йок", соленоиды, гибкие кабели для циркулярного намагничивания), магнитные суспензии/порошки, УФ-лампы (для люминесцентного метода), средства очистки.
   • Стационарные установки: Для централизованного контроля секций штанги или концевых фитингов, включающие блоки намагничивания, ванны для нанесения суспензии, осмотровые кабины с УФ-освещением.

3. Ультразвуковые дефектоскопы:

   • Портативные приборы: С цифровой индикацией А-сканов, возможностью записи данных. Комплектуются набором контактных и угловых преобразователей (в т.ч. специализированными для сварных швов), шаблонами для контроля стыков.
   • Автоматизированные УЗ-системы: Для сканирования критических зон (например, сварных швов) с записью С-скан изображений. Используются реже из-за сложности автоматизации на гибкой трубе.

4. Вспомогательное оборудование:

   • Оборудование для очистки штанг (щетки, пескоструйные аппараты).
   • Калибровочные образцы с искусственными дефектами для настройки оборудования ВТК и УЗК.
   • Измерительные инструменты (штангенциркули, микрометры, толщиномеры покрытий).

Заключение
Контроль непрерывных насосных штанг – это комплексный процесс, требующий применения современных методов неразрушающего контроля и специализированного оборудования. Сочетание вихретокового метода для быстрого сплошного контроля тела штанги, магнитопорошкового контроля для выявления поверхностных трещин в критических зонах и ультразвукового контроля для детальной оценки дефектов и толщины стенки обеспечивает всесторонний мониторинг состояния ННШ. Регулярный и качественный контроль на всех этапах жизненного цикла штанг (от приемки до эксплуатации и ремонта) является залогом их надежной, долговечной и безопасной работы в условиях нефтедобычи, минимизируя риски аварий и простоев.