Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ существующих методов оценки технического состояния НКТ с коррозионными повреждениями 9
1.1 Влияние коррозии на техническое состояние НКТ 9
1.2 Методы оценки технического состояния НКТ 18
1.3 Существующие методы исследований 37
1.4 Пути совершенствования методов оценки технического состояния НКТ 42
1.5 Цель и задачи исследований 43
1.6 Выводы 44
2 Методики исследований 47
2.1 Методика визуально-оптического и измерительного контроля.47
2.2 Методики коррозионных испытаний
2.2.1 Методика потенциометрических испытаний 51
2.2.2 Методика проведения гравиметрических испытаний...58
2.2.3 Методика электрохимических коррозионных испытаний при помощи коррозиметра «Моникор - 2» 65
2.3 Методики неразрушающего контроля 71
2.3.1 Методика определения твердости с помощью ультразвукового твердомера «УЗИТ — 2М» 71
2.3.2 Методика определения прочностных характеристик стали с помощью прибора ПИМ-ДВ-1 73
2.3.3 Методика определения толщины стенки трубы 74
2.3.4 Методика металлографических исследований 75
2.4 Методика статистической обработки результатов исследований 77
2.4.1 Определение оптимального числа измерений 77
2.4.2 Проверка выборки на наличие грубых ошибок 78
2.4.3 Проверка выборок на нормальность распределения...79
2.4.4 Оценка однородности или совместимости наблюдений 80
2.5 Выводы 81
3 Оценка текущего технического состояния насосно-компрессорных труб при сплошной коррозии их поверхности 83
3.1 Визуально-оптический и измерительный контроль исследуемых образцов 83
3.1.1 Отбор образцов 83
3.1.2 Визуальный осмотр 85
3.1.3 Поверхностная микроскопия 85
3.2 Приборно-инструментальные измерения образцов 86
3.2.1 Подготовка и планирование эксперимента 86
3.2.2 Измерение твердости и толщины стенок образцов 93
3.2.3 Измерение потери металла на коррозию 95
3.2.4 Оценка запаса надежности НКТ по остаточному ресурсу 117
3.3 Выводы 119
4 Обоснование возможности дальнейшей эксплуатации коррозионно поврежденных НКТ с оценкой их остаточного ресурса 123
4.1 Металлографические исследования 123
4.1.1 Оценка размера зерна 123
4.1.2 Оценка структуры стали 126
4.1.3 Выявление неметаллических включений 128
4.2 Прочностные исследования образцов НКТ 130
4.2.1 Механические свойства 130
4.2.2 Определение площади несущего сечения коррозионно-поврежденных труб 130
4.2.3 Обоснование допустимой глубины спуска труб 132
4.3 Оценка коррозионной активности скважинных сред 138
4.3.1 Балльная шкала оценок 138
4.3.2 Методика оценки коррозионной активности скважинных сред 142
4.3.3 Определитель коррозионной совместимости НКТ и скважинных сред 152
4.4 Оценка остаточного эксплуатационного ресурса коррозионно поврежденных насосно-компрессорных труб 155
4.4.1 Расчет остаточного ресурса на основе метода математической статистики 156
4.4.2 Расчет остаточного ресурса на основе измерения глубины коррозионного повреждения поверхности труб 160
4.4.3 Расчет остаточного ресурса на основе лабораторных исследований скорости коррозии трубных образцов 162
4.5 Выводы 164
5 Пример оценки текущего технического состояния коррозионно поврежденных НКТ 170
5.1 Визуально-оптический контроль исследуемых образцов 170
5.1.1 Отбор образцов 170
5.1.2 Визуальный осмотр 174
5.1.3 Поверхностная микроскопия 175
5.2 Приборно-инструментальные измерения образцов НКТ 177
5.2.1 Подготовка и планирование эксперимента 177
5.2.2 Измерение твердости и толщины стенок образцов 177
5.2.3 Определение потери металла на коррозию 187
5.2.4 Расчет запаса надежности НКТ по остаточному объему 192
5.3 Результаты металлографических исследований образцов НКТ 193
5.4 Результаты прочностных испытаний образцов НКТ 198
5.4.1 Определение механических свойств 198 5.4.2 Определение площадей несущего сечения исследуемых образцов 201
5.4.3 Обоснование допустимой глубины спуска труб 202
5.5 Оценка коррозионной совместимости НКТ и скважинных сред 205
5.6 Оценка остаточного эксплуатационного ресурса обследованных труб 206
5.7 Выводы 208
Заключение 211
Список использованных источников 216
Приложение 228
- Существующие методы исследований
- Методика электрохимических коррозионных испытаний при помощи коррозиметра «Моникор - 2»
- Поверхностная микроскопия
- Определение площади несущего сечения коррозионно-поврежденных труб
Введение к работе
Актуальность работы. Анализ механизмов коррозионного разрушения насосно-компрессорных труб (НКТ) в условиях высокоминерализованных пластовых жидкостей выявил зависимость этого процесса от степени минерализации и обводненности скважинной продукции, её разгазированности, дебита, содержания агрессивных компонентов, спонтанные сочетания которых по-разному влияют на скорость и характер коррозионного разрушения труб; условием прогнозирования ресурса является объективная оценка технического состояния НКТ на разных стадиях их эксплуатации для обеспечения оптимальности управления надежностью и промышленной безопасностью добычных процессов. Выяснено, что существующая номенклатура методов оценки технического состояния НКТ регламентируется ГОСТ 633 и ГОСТ Р 52203 и направлена на эффективное выявление отбраковочных дефектов методом количественного сравнения измеренных параметров с нормативными, но не включает мер промежуточного контроля свойств и структуры металла НКТ при длительном контакте их с коррозионной средой, что не позволяет оценивать запас надежности коррозионно-поврежденных труб, возможность их дальнейшей эксплуатации и вероятный остаточный ресурс в зависимости от коррозионной активности скважинных сред. Установлено, что существующие методы оценки технического состояния НКТ применительно к задаче контроля изменения свойств и структуры металла при длительном контакте с коррозионной средой требуют адаптации, развития и разработки новых методических подходов. Таким образом, совершенствование методов оценки технического состояния насосно-компрессорных труб в условиях скважинной коррозии представляет собой актуальную задачу и является целью диссертационной работы.
Цель работы.
Совершенствование оценки технического состояния насосно-компрессорных труб в условиях скважинной коррозии.
Основные задачи исследований.
Анализ существующих методов оценки технического состояния НКТ с коррозионными повреждениями.
Формирование комплекса методик для проведения исследований.
Оценка текущего технического состояния насосно-компрессорных труб при сплошной коррозии их поверхности.
Обоснование допустимых условий дальнейшей эксплуатации коррозионно-поврежденных труб с оценкой их остаточного ресурса.
Практическая оценка технического состояния насосно-компрессорных труб в условиях скважинной коррозии.
Научная новизна.
Обосновано выражение для расчета объема коррозионного повреждения исследуемого элемента образца при условии, что диаметр раскрытия дефекта соответствует измеренной глубине коррозионного повреждения.
Получена зависимость для оценки вероятной погрешности при статистической обработке результатов измерительно-вычислительных операций
приборно-инструментального контроля.
Предложен критерий пригодности коррозионно-поврежденных НКТ для дальнейшей эксплуатации в виде коэффициента запаса надежности, определяемого по остаточному объему неповрежденного металла в теле трубы.
Найдены решения для расчета остаточного ресурса коррозионно-поврежденных труб при известных первоначальных толщинах стенок или при известной глубине коррозионного повреждения.
Основные защищаемые положения.
1. Структура системной оценки технического состояния коррозионно-
поврежденных насосно-компрессорных труб.
Комплекс лабораторно-исследовательских и вычислительных методик для обработки измерений.
Оценка текущей технической пригодности и прогнозных эксплуатационных ограничений для коррозионно-поврежденных насосно-компрессорных труб.
Методы оценки остаточного ресурса коррозионно-поврежденных НКТ в разных эксплуатационных условиях,
Методика оценки текущего технического состояния НКТ при сплошной коррозии их поверхности.
Практическая ценность.
Разработаны рекомендации по совершенствованию методов оценки технического состояния коррозионно-поврежденных насосно-компрессорных труб в виде структурной схемы поэтапных исследований с определением остаточного эксплуатационного ресурса.
Разработана методика лабораторного определения потери металла на коррозию.
Разработана методика оценки ограничительных эксплуатационных условий при дальнейшем использовании коррозионно-поврежденных НКТ по прямому назначению.
Разработана и утверждена в ООО «Газпром переработка» «Методика оценки коррозионного повреждения насосно-компрессорных труб в процессе эксплуатации».
Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы докладывались на международных научно-технических конференциях «Севергеоэкотех» при Ухтинском государственном техническом университете в 2007-2010 годах, на научно-технических конференциях преподавателей и сотрудников УГТУ в 2007-2010 годах, а также на конференции молодых специалистов ОАО «Северные МН» в 2008 году и на конференциях в рамках научно-педагогической школы «Современные проблемы нефтепромысловой и буровой механики» в 2007-2010 годах.
Структура и объем работы.
Существующие методы исследований
Остальные символы, принятые в формулах (1.11) — (1.16) обозначают: П] — коэффициент запаса прочности при страгивании, равный 1,3... 1,4; q; - масса одного погонного метра і - ой секции труб с учетом муфт; g - ускорение свободного падения; ат — предел текучести материала труб; DHap и DIiH - наружный и внутренний диаметры трубы; Dc - средний диаметр сечения по впадине первой нитки резьбы; b — толщина стенки трубы по впадине той же нитки; Lpn -длина резьбы с полным профилем; а - угол между опорной поверхностью резьбы и осью трубы (для треугольного профиля а=60); ф — угол трения, равный 7; т - коэффициент разгрузки; /; - длина і-ой секции; рп - давление на буфере в момент установки пакера; FB - площадь внутреннего канала трубы; AQ -дополнительная нагрузка, зависящая от характеристики пакера; рвни — внутреннее давление испытаний;
Другие особенности расчета глубины, спуска НКТ (например, для трапецеидальных резьб, в условиях наружного,-давления, при работе штанговых насосов) изложены в специальных руководствах [100].
Однако в условиях коррозионного воздействия скважинных сред поверхность НКТ подвергается коррозионному разрушению, что приводит к утончению стенок труб, к образованию концентраторов напряжений и опасных сечений с пониженной несущей способностью по телу трубы, а следовательно, с ограничением глубин спуска НКТ в скважину. Между тем, это обстоятельство применительно к коррозионно-поврежденным НКТ в расчетах не учитывается. Такое состояние дел предполагает необходимость совершенствования расчетного метода по растягивающей осевой нагрузке, учитывающего коррозионное изменение тела трубы и его прочностных свойств. Разработка такой методики является одной из задач диссертационной работы.
Коррозионная совместимость НКТ со скважинной коррозионной средой -важная характеристика технического состояния НКТ, позволяющая оценивать химическое сродство металла труб с коррозионной скважинной средой. Это сродство по ГОСТ 13819 — 68 предлагается оценивать количественным показа телем линейной скорости коррозии металла, измеряемой по потере размера исследуемого образца в мм/год. Шкала коррозионной стойкости сталей в соответствии с ГОСТ 13819-68 приведена в таблице 1.4.
Как видно из этой таблицы, каждой балльной оценке (от 1 до 10) соответствует диапазон скоростей коррозии, на основании которого исследуемую сталь относят к той или иной группе стойкости.
Стойкие 0,01...0,05 4 Нестойкие 10,0 0,05...0,1 5 В 1985 году взамен ГОСТ 13819 - 68 [17] выпущен ГОСТ 9.908 - 85, в котором шкала количественной оценки стойкости сталей по скорости коррозии опущена и регламентируется только качественная характеристика оценки процессов. Например, для сплошного вида коррозии указаны его коррозионный эффект, характеризуемый глубиной проникновения коррозии или потерей массы на единицу площади, и регламентированные показатели оценки развития этого эффекта по параметрам линейной скорости уменьшения размера или по скорости убыли массы, причем коррозионная стойкость оценивается не балльной оценкой, а временем проникновения коррозии на допустимую глубину или временем уменьшения массы до допустимого значения. При этом никаких количественных градаций ГОСТ 9.908 - 85 не содержит, что видно из приведенной ранее таблицы 1.2. Такое решение было принято, видимо, потому, что однозначного отнесения какой - либо марки стали к некоторой группе коррозионной стойкости, оцениваемой балльным рейтингом, добиться практически невозможно, т. к. в разных коррозионных средах скорость коррозии одной и той же марки стали будет различной. Иначе говоря, оценка коррозионной стойкости стали может быть выполнена лишь по отношению к какой-либо коррозионной среде. А это означает, что применительно к насосно-компрессорным трубам, работающим в эксплуатационных и нагнетательных скважинах, наиболее важное значение имеет информированность о коррозионной активности скважинных сред, что позволяет дать оценку их эксплуатационной совместимости со сталями НКТ. Особенно это важно для труб уже находившихся в эксплуатации и подвергнувшихся воздействию коррозии. Наличие сведений о коррозионной активности скважинных сред для различных месторождений, блоков или залежей позволит подобрать такие условия-дальнейшей эксплуатации, при которых коррозионное воздействие окажется минимальным или сделать заключение о невозможности применения НКТ по прямому назначению. Между тем, методика оценки коррозионной активности скважинных сред пока не обсуждалась, и разработка такой методики является одной из задач диссертационной работы.
Таким образом, пригодность коррозионно-поврежденных насосно-компрессорных труб к дальнейшей эксплуатации оценивается допустимой глубиной спуска и коррозионной совместимостью со скважинной средой, методику оценки которых предполагается разработать в диссертации.
Оценка остаточного эксплуатационного ресурса коррозионно-поврежденных насосно-компрессорных труб является завершающим этапом, прогнозирующим текущий запас технического ресурса коррозионно-поврежденных НКТ и определяющим допустимый срок их дальнейшей эксплуатации.
Под остаточным ресурсом в соответствии с ГОСТ 27.002 — 89 «Надежность в технике» [21] понимается суммарная наработка объекта от момента контроля его технического состояния до перехода в предельное состояние. Иначе говоря, остаточный ресурс применительно к насосно-компрессорным трубам - это прогнозная величина, характеризующая запас возможной наработки труб от момента последнего контроля их технического состояния (или ремонта) до вероятного момента разрушения. С точки зрения теории и общей методологии наилучшей и универсальной единицей измерения остаточного ресурса является единица времени [83].
Остаточный ресурс является показателем долговечности и принадлежит к числу основных понятий теории надежности. Под долговечностью понимают свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния. Поскольку объект является работоспособным в промежутках времени между отказами, то этот промежуток времени называют наработкой между отказами (или наработкой на отказ) [21]. Тогда распределение времени работы изделия в промежутках между отказами Тср записывается в известной интегральной форме [83]: Тср = Jf(t)tdt, (1.17) где f(t) - плотность вероятности распределения, зависящая от закона этого распределения и определяющая числовой результат вычислений.
Это — важный нюанс. В теории вероятностей номенклатура законов распределений разнообразна, но, как показано в [4], динамика износных процессов в оборудовании нефтегазового комплекса вполне удовлетворительно описывается тремя законами: нормальным, законом Вейбулла и экспоненциальным законом. В этом случае функции плотности распределения f(t) и величина средней наработки на отказ Тср будут иметь вид [80]:
Методика электрохимических коррозионных испытаний при помощи коррозиметра «Моникор - 2»
Выявление неметаллических включений в стали необходимо оценивать для того, чтобы установить их наличие или отсутствие, а также уровень общей загрязненности стали. Для этого на исследуемом участке устанавливают наличие включений максимальной величины. Методы определения их количества разделяют на две основные группы: 1) методы оценки загрязненности стали путем сравнения с эталонными шкалами; 2) методы измерения суммарной площади включений с после дующим определением объемного или весового процента содержания включений в металле (для деформированного и литого металла).
Методы сравнения с эталонными шкалами: Степень загрязненности стали включениями по ГОСТ 1778-70 определяют путем сравнения наблюдаемого металлографического шлифа, с эталонными шкалами (рисунок 4.5.). Загрязненность включениями повышается от первой эталонной структуры к последней.
С помощью шкал возможно оценивать присутствие в стали включений различных как по физическим (форма, пластичность, цвет и др.), так и по химическим (оксиды, сульфиды, нитриды) свойствам.
Шкала распространяется на деформированные стали: углеродистые и легированные (обыкновенного качества, качественные, конструкционные, и т.д.).
Стандартная шкала разделяет виды включений на: оксиды строчечные, оксиды точечные, силикаты хрупкие, силикаты пластичные, силикаты неде-формирующиеся, сульфиды, нитриды титана, нитриды алюминия.
При этом наименее загрязненный металл оценивается баллом 1, наиболее загрязненный - баллом 5 (в зависимости от площади, занимаемой включениями).
При оценке загрязненности производят осмотр всей площади нетравленого шлифа. После чего определяют наиболее загрязненное место шлифа, которое оценивают в баллах для каждого вида включений.
Загрязненность может быть определена максимальным или среднеарифметическим баллом, а также долей (или процентным содержанием) образцов с баллом выше установленной нормы.
Наиболее надежным методом является метод среднего арифметического балла (ГОСТ 1778-70). Загрязненность оценивают средним баллом, подсчитанным как среднее арифметическое из максимальных оценок каждого образца, для каждого вида включений; средним баллом с одновременным ограничением числа образцов с большими баллами, или средним баллом с одновременным ограничением максимального балла и числа образцов с максимальным баллом. С увеличением числа образцов точность метода среднего балла также повышается.
Методы измерения суммарной площади включений. Согласно ГОСТ 1778-80 включения подсчитывают на нетравленых образцах под микроскопом. Размер включений определяется на шлифе по группам. Перед просмотром шлиф разделяют на пять равных зон, а каждую зону - на несколько полей зрения согласно [20]. Размером включений считают диаметр или сторону квадрата соответственно при круглой или квадратной форме включений. В том случае, если включение имеет неправильную или овальную форму — подсчитывают среднее арифметическое минимального и максимального значений, принимаемое за диаметра включения (или за сторону квадрата). Если разница между макси 129 мальным и минимальным значениями составляет 2 и более раза — группу определяют исходя из площади включений. Средняя площадь включений fcp вычисляется по формуле: f =± где f — общая площадь включений; п3 - количество полей зрения. Таким образом, результаты металлографии позволяют оценить структуру стали образца, наличие в нем включений, а также размер зерна структуры. Все эти показатели служат для идентификации типа стали, а также степени воздействия коррозионно-активной среды на металл.
Основными механическими свойствами, определяемыми для сталей в со- . ответствии с ГОСТ 1497-84 , в том числе и насосно-компрессорных труб, являются: предел прочности ств, МПа; предел текучести ст, МПа; относительное удлинение 8, %. Определения предназначены для выявления изменений прочностных характеристик сталей под воздействием эксплуатационных факторов в условиях скважин и скважинных сред, что необходимо учитывать при определении допустимой глубины НН!СГ спуска труб, т. к. этот показатель прямо пропорционален измеренным оизм значениям прочностных свойств стали Ннкт=ґ(о"изм)- Уменьшение показателей прочности по сравнению с нормативными значениями является основанием для уточнения допустимых условий дальнейшей эксплуатации коррозионно-поврежденных НКТ. Это уточнение касается определения ограничительной глубины их спуска в скважину на основе фактически измеренных параметров прочности металла и фактической площади несущего сечения тела трубы, которая уменьшается из-за коррозии их поверхности.
При коррозии труб сокращается площадь их несущего сечения, что является причиной ограничения их использования по прямому назначению. Размер площади несущего сечения трубы зависит от условий эксплуатации и наличия дефектов в теле трубы на рассматриваемом сечении. Необходимо различать такие условия: - равномерная коррозия изнутри и снаружи; - коррозия с различной скоростью развития на внешней и внутренней поверхности;
Поверхностная микроскопия
Коррозионная активность продуктов освоения скважин, содержащих пластовую воду, до настоящего времени количественно не оценивается. Априори считается, что повышение минерализации пластовых сред активизирует коррозию скважинного оборудования, хотя известно, что скорость этих процессов не J пропорциональна уровню общего солесодержания. Классический пример для стали 40ХН: скорость коррозии возрастает до 0,12 г/м -ч при повышении концентрации NaCl в воде до 3%; с ростом концентрации NaCl в диапазоне от 3 до 25% (порог насыщения) скорость коррозии снижается до 0,005 г/м -ч (в 24 раза). Такое поведение объясняют изменчивостью содержания растворенного кислорода 02 в системе: по мере увеличения концентрации NaCl от 0 до 3 и 25% растворимость 02 уменьшается с 10 мг/дм до 8,2 и 3,2 мг/дм соответственно. Кроме того, на изменение скорости коррозии оказывает влияние ионный состав пластовой воды. Так, присутствие ионов Са и Mg пассивирует поверхность взаимодействия за счет покрытия её защитной карбонатной пленкой. Аналогичный эффект оказывают анионы OH" N03 - S(V"- C1(V"- ..., при этом, знак означает убывание защитной способности пассивирующих анионов. Депассивирующее влияние оказывает хлор-ион СГ, ускоряют электрохимический процесс коррозионного разрушения также ионы HS", Вг , Г и др.
Из этого краткого обзора очевидно, что рассмотренные показатели для обобщенной оценки коррозионной активности пластовых сред не пригодны. Между тем, поиск такого показателя является крайне актуальным: он позволяет осуществлять научно-обоснованный выбор скважинного оборудования, в том числе обсадных и насосно-компрессорных труб для эксплуатационных и лифтовых колонн, исходя из коррозионной активности пластовых сред.
В работе предлагается использовать балльную шкалу оценки коррозионной активности среды. При этом предполагается, что каждому оценочному баллу соответствует некоторый диапазон объективно измеряемых количественных показателей, характеризующих скорость коррозионного разрушения металла в исследуемых минерализованных средах. Такой показатель рекомендуется определять сертифицированным прибором «Моникор-2», который в этом случае приобретает роль эталонного. Датчик прибора оттарирован для определения скорости коррозии нелегированной стали Ст.20 в различных минерализованных средах. Для балльной градации таких сред прибор «Моникор-2» вполне пригоден, а измеренные скорости являются условными.
Число ступеней градации коррозионной активности минерализованных сред принято по аналогии с ГОСТ 13819-68 [17], рекомендации которого каса 139 лись балльной оценки коррозионной стойкости сталей, основанной на их ранжировании по скорости коррозии. Для удобства обсуждения эти рекомендации представлены в таблице 4.3.
Как видно из этой таблицы, рекомендации по балльной оценке коррозионной стойкости сталей являются недостаточно взвешенными: скорость коррозии стали зависит от химического состава коррозионных сред и не остается константой. Иначе говоря, ранговый признак коррозионной стойкости оказывается блуждающим и неудобным для практического использования.
Практическая полезность балльной оценки коррозионной стойкости сталей, несомненно, возрастает, если будет отыскана оценка коррозионной активности контактных коррозионных сред. Эта полезность будет заключаться в обосновании коррозионной совместимости сталей НКТ и скважинных сред, в которых предстоит эксплуатация этих труб.
С учетом сказанного, предлагается 10-балльная шкала оценки коррозионной активности минерализованных сред.
Группа коррозионной активности Условная скоростькоррозии г э, мм/год Балл коррозионной активности Группа коррозионной активности Условнаяскоростькоррозиимм/год Балл коррозионной активности
Пониженно-агрессивная (ПА) 0,01...0,05 4 Совершенно агрессивная (СА) 10 0,05...0,1 5 Отметим также, что балльная оценка коррозионной активности минерализованных сред будет состоятельной лишь в случае ранжирования их значений по условной скорости коррозии, а не абсолютной. При этом за условный показатель предлагается принимать скорость растворения в разных минерализованных средах некоторого эталонно-выбранного электрода.
Оценка активности различных коррозионных сред основных нефтегазодобывающих регионов Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции выполнена с помощью лабораторной установки «Моникор-2» по методике, изложенной в п.п. 2.2.3. Такими коррозионными средами в извлекаемой продукции являются пластовые воды, а в нагнетательной — ещё" и промышленные стоки. Химический состав отобранных для исследования проб, а также результаты измерения условной скорости коррозии в зависимости от минерализации (i)=f(C)) и параметра рН (u=f(pH)) исследованных сред представлены в таблице 4.5.
При анализе зависимости (u=f(C)) (рисунок 4.7) установлено, что она имеет, по крайней мере, два экстремума:
При этом максимум функции вполне определен в достаточной близости от точки С=50 г/дм ; в то же время минимум функции выполненными экспериментами оказался неподтвержденным, что делает неопределенным характер поведения исследуемой зависимости в диапазоне минерализации С=75...130 г/дм3.
Для косвенного прояснения этой неопределенности построена графическая зависимость i)=f(pH), представленная на рисунке 4.8. Здесь левая ветвь графика построена по результатам исследований, приведенных в таблице 4.5, выполненных для стали Ст. 20 с использованием минерализованных сред, а правая ветвь выстроена с использованием данных методики [74] (филиал ООО «ВНИИГАЗ» - «Севернипигаз»), полученные также для стали Ст. 20 на модельных растворах (дистиллированная вода + 0,01 N раствор гидрокарбоната натрия ИаНСОз). Количественное сравнение этих двух ветвей графика не вполне корректно, но в рассматриваемом случае важна качественная тенденция: в диапазоне нейтральных значений рН=6,0...7,0 вектор скорости коррозии изменяет свое направление с убывающего на возрастающее. При этом совмещенная зависимость аппроксимируется кубическим полиномом:
Определение площади несущего сечения коррозионно-поврежденных труб
Для этой цели выполняются инструментальные измерения глубины коррозионного повреждения случайно выбранных участков обследуемых образцов с последующим статистическим обобщением этих измерений, расчетом объема потерь металла на коррозию и определением текущего запаса надёжности для заключения о степени опасности коррозионного повреждения.
Инструментальные измерения глубин коррозионного повреждения обследуемых образцов выполняются на микрометрической установке (см. рисунок 3.5) и обрабатываются с помощью программного продукта «Microsoft Excel».
Последовательность операций по оценке потери металла при коррозии схематично изображена в виде блок-схемы на рисунке 5.3. Эта последовательность в соответствии с методикой, разработанной в п. п. 3.2.3, включает: А - выбор площадок обследования; нанесение на них разметочных сеток размером 10мм х 10 мм (Fnn=100 мм2) с шагом разметки 1 мм х 1 мм, что обра J зует 10 рядов ячеек по горизонтали и вертикали площадью FS4=1 мм каждая; Б - трехкратное измерение глубины hb h2, Из коррозионного повреждения каждой ячейки і-го горизонтального ряда (а, б,...л) с построением профиле-грамм измеренных глубин (Приложение Д) и с определением среднестатистического значения пяч1, пяч2, пяч3... для каждой ячейки. Результаты этих определений передаются на хранение в виртуальный блок Г программы, матрица которого применительно к образцу 1.1 представлена для примера по мере возрастания средней величины псряч в таблице 5.4;
В — построение и визуальное выделение площади фотозатемнения Сяч на трансфокированном (увеличенном) фотоизображении ячейки; площадь затемнения оценивается в долях (процентах) от площади ячейки; результаты этих оценок также заносятся в виртуальный блок Д программы. Результаты таких определений для обследованных образцов приведены в Приложении Е, для рассматриваемого примера применительно к образцу 1.1 — в таблице 5.5. начало
Матрица для подсчета объема коррозионного повреждения VBepF обследованной поверхности применительно к образцу 1.1 представлена для примера в таблице 5.6.
Таким образом, объем коррозионного повреждения обследованной площадки составил VBCPF=9,64 мм . Однако эти определения выполнены без учета вероятной ошибки произведенных измерений и статистических вычислений.
В заключение можно констатировать, что условие надежности НКТ по остаточному объему выполняется; трубы пригодны для последующего использования по прямому назначению при условии уточнения допустимых параметров дальнейшей эксплуатации.
Эта оценка выполняется на основе металлографического исследования образцов НКТ, изучения их прочностных свойств, исследования коррозионной совместимости металла НКТ и скважинных сред с последующим определением остаточного эксплуатационного ресурса и заключением с оценкой возможных условий их дальнейшей эксплуатации по прямому назначению.
Металлографические исследования выполняются в соответствии с ГОСТ 1778, ГОСТ 5639 и ГОСТ 8233. Основные принципы оценок структуры стали, зернистости и загрязнений неметаллическими включениями представлены в
Некоторые результаты металлографических исследований представлены на фотографиях микрошлифов. Так на рисунке 5.4 показана микроструктура стали исследованных образцов; на рисунке 5.5 - питтингово-язвенный характер коррозионного повреждения поверхности образцов; на рисунке 5.6 - явления обезуглероживания поверхности образцов и подповерхностной коррозии.
В результате металлографических исследований установлено: - загрязненность неметаллическими включениями является искусственной и составляет 1—2 балла; - дефектов в виде пор, трещин и расслоений структура металла трубы не содержит; - величина зерна на образцах № 1 и 3 соответствует № 10 — 11, а на образце № 2 зерно крупнее - № 9 - 10; - соотношение феррита к перлиту составляет 20 / 80, что соответствует содержанию углерода 0,35...0,40% и является характерным для высоколегированных и прочных сталей; - поверхностная коррозия представлена равномерным полем питтинговых и язвенных повреждений с глубиной 0,075...0,5 мм и соизмеримой шириной единичного или группового характера на внутренней и внешней поверхностях образцов; - подповерхностная коррозия обнаружена на образцах №1 и №3 и представляет собой новообразовавшиеся несплошности в результате коррозионного разрушения металла под его поверхностным слоем на глубине до 0,5 мм; эти повреждения уменьшают площадь поперечного сечения стенки трубы; - установлен факт наводороживания внутренней и внешней поверхностей труб, что подтверждается обезуглероживанием верхнего слоя стали глубиной от 5 до 75 мкм и служит причиной снижения твердости и прочности металла трубы. Таким образом, металлографические исследования свидетельствуют об уменьшении площади поперечного сечения исследуемых труб и изменении
