При бурении нефтяных и газовых скважин могут происходить поломки элементов бурильной колонны. Наиболее слабое место в бурильной колонне — резьбовые и сварные соединения бурильных труб с замками, по которым чаще всего происходят поломки. Установлено, что разрушения труб носят усталостный характер, являясь следствием возникновения и развития трещин на этих участках при воздействии на бурильную колонну знакопеременных нагрузок.
Для выявления дефектов в теле труб и их соединениях широко внедряются методы дефектоскопического контроля, позволяющие обнаруживать и определять местоположение таких дефектов, как закалочные трещины, раковины, закаты, плены, неметаллические включения и другие нарушения сплошности металла, к которым можно отнести и усталостные трещины.
Методы дефектоскопии позволяют проверять новые трубы на трубопрокатных заводах, при профилактическом контроле бывших в эксплуатации бурильных труб на проверочном участке трубно-инструментальных баз, а также непосредственно над устьем скважины при подъеме или спуске бурильной колонны.
Для осуществления дефектоскопического контроля труб в нефтяной промышленности разработаны руководящие доку-
менты, содержащие методики контроля участков трубной резьбы, сварного шва и тела труб.
Для проверки качества бурильных труб в промысловых условиях применяется ряд конструкций дефектоскопической аппаратуры и установок, краткие характеристики которых приводятся ниже.
Передвижная комплексная дефектоскопическая установка ПКДУ-1 предназначена для проведения на буровой дефектоскопического контроля резьбовых участков стальных бурильных труб диаметром 60—140мм, алюминиевых бурильных труб 73—147мм, утяжеленных бурильных труб 108 — 203 мм и ведущих бурильных труб со стороной квадрата 114—140мм. Кроме того, установка позволяет измерять толщину стенок алюминиевых и стальных бурильных труб диаметром 60 мм и более, а также сортировать стальные бурильные трубы электромагнитным методом по группам прочности Д, К, и Е.
Пульт контроля, приборы и оборудование установки смонтированы в кузове типа СГК-3, установленном на шасси автомобиля ГАЗ-66.
Бурильные трубы на буровой контролируют с помощью выносных датчиков, соединенных с пультом контроля кабелями длиной 60 м. Установку обслуживают два оператора-дефектоскописта и водитель машины.
Техническая характеристика установки
Потребляемая мощность, кВт………………………… 2
Напряжение питания, В………………………………… 220
Частота, Гц…………………………………………………… 50
Расход контактной жидкости, л/ч………………….. 100
Условия эксплуатации:
температура воздуха, °С…………………………….. —30 — +35
относительная влажность воздуха при температуре 20 °С, % s 80
Режим эксплуатации — трехсменный, профилактические перерывы — не более 30 мин.
Установка ПКДУ-1 разработана Ивано-Франковским отделом ВНИИТнефти, а изготовляется опытным заводом "Нефтеавтоматика" (г. Бугульма, Татарстан).
Передвижная комплексная дефектоскопическая лаборатория ПКДЛ-2 предназначена для проведения неразрушающего контроля на буровых в районах с умеренным климатом высаженных и резьбовых участков стальных бурильных труб диаметром 73—168мм, алюминиевых бурильных труб 73 — 170 мм, геологоразведочных бурильных труб 50 мм и насос-но-компрессорных труб 48, 89, 102 и 114 мм.
С помощью установки ПКДЛ-2 может быть произведена дефектоскопия труб типа ТБПВ диаметром 114—168мм, ниппельной части УБТ и переводников и других элементов бурового оборудования. Кроме того, с помощью этой установки можно измерять толщину стенки бурильной трубы.
Лаборатория смонтирована в автомобиле УАЗ-452 с утепленным кузовом.
Бурильные трубы на буровой проверяют с помощью выносных датчиков, соединенных с лабораторией кабелями длиной 70 м. Установку обслуживают два оператора-дефектоскописта и один инженер или техник — руководитель работ. Температура воздуха при эксплуатации допускается от —40 до +45 °С.
Режим эксплуатации лаборатории — трехсменный, а профилактические перерывы — не более 30 мин.
Лаборатория ПКДЛ-2 разработана Полтавским отделением УкрНИГРИ, а изготовляется Феодосийским РМЗ НПО "Геотехника".
Установка "Зонд-l" предназначена для проведения на буровой в процессе спускоподъемных операций неразрушаю-щего контроля высаженных и резьбовых участков стальных бурильных труб диаметром 73—140мм, алюминиевых бурильных труб 73—147 мм, УБТ 108 —229мм и ведущих бурильных труб со стороной квадрата 112—140мм. Кроме того, с помощью этой установки измеряют толщину стенок стальных и алюминиевых труб.
В состав установки входят ультразвуковой дефектоскоп ДУК-66П и ультразвуковой толщиномер с цифровым индикатором.
Установка выполнена в переносном варианте и предназначена для эксплуатации в труднодоступных нефтяных районах.
Трубы в буровой контролируют с помощью выносных датчиков, соединенных с пультом кабелями длиной 120 м.
В зависимости от условий питание может осуществляться от различных источников.
Техническая характеристика установки
Питание от сети переменного тока:
напряжение, В……………………………………….. 220
частота, Гц…………………………………………….. 50
Питание от аккумулятора КНГК-ПД:
напряжение, В……………………………………….. 9
Питание от дизельного электрогенератора буровой:
допустимые пределы колебания напряжений, В 140—250
потребляемая мощность, В-А…………………. s 150
расход воды, л/ч…………………………………….. s 200
Габариты, мм:
в собранном для транспортировки виде…. 600×600x260
в развернутом виде………………………………… 1200×1100x600
Масса, кг…………………………………………………… 100
Установка разработана и изготовляется Ивано-Фран-ковским отделом ВНИИТнефти.
Стационарная комплексная установка БУР-1М или БУР-2 предназначена для дефектоскопии и толщинометрии ультразвуковыми методами стальных и алюминиевых труб в стационарных условиях трубной базы. Она состоит из двух частей: электронно-акустической, в которую входят каретка с искателями, электронная стойка, устройства и дефектоскопы для контроля за концами труб, и электромеханической, включающей стенд с приводами для транспортировки и вращения трубы, подъема и перемещения каретки с пьезопре-образователями, пульт управления электромеханической частью, электросиловой шкаф и узел водоснабжения.
С помощью установки можно выявлять поперечные, продольные и объемные дефекты в резьбовых концах и теле стальных и алюминиевых бурильных труб диаметром 102 мм и более, с толщиной стенки 7 — 11 мм и длиной от 6 до 13 м, а также контролировать толщину их стенки.
В теле трубы выявляются дефекты, эквивалентные по своей отражательной способности риске прямоугольного профиля протяженностью 50 мм, глубиной не менее 10 % толщины стенки трубы.
Техническая характеристика установки
Точность измерения отклонения толщины стенки от установ
ленного допуска, мм………………………………………… ± 0,2
Скорость контроля тела трубы, м/мин………………. 3
Время контроля за одним концом трубы, мин…… 1,5
Питание от сети трехфазного переменного тока:
напряжение питания, В…………………………………. 380/220
частота, Гц……………………………………………………. 50
потребляемая мощность, кВт…………………………. s 6
Расход воды, л/ч……………………………………………….. s 350
Условия эксплуатации:
температура окружающего воздуха, °С………….. +5—1-50
относительная влажность, %…………………………. s 80
Занимаемая производственная площадь (без рольганга подачи
трубы на установку), м…………………………………….. 3×16
Масса, т……………………………………………………………. s 6
Режим эксплуатации установки — трехсменный с профилактическими перерывами не более 30 мин. Установку обслуживают три оператора-дефектоскописта.
Установки БУР-1М, БУР-2 разработали ВНИИНК (г. Кишинев) и ВНИИТнефть (г. Куйбышев). Электронную часть установок изготовляет завод "Электроточприбор" (г. Кишинев).
Устройство типа "Гном" представляет собой переносной механизм, обеспечивающий постоянство ориентирования искателя по отношению к контролируемой поверхности и акустический контакт при контроле за цилиндрическими изделиями различных диаметров. Оно предназначено для работы с серийно выпускаемыми ультразвуковыми дефектоскопами УД-10УА, ДУК-66 и ранее выпускавшимися УДМ-1Ми УДМ-3.
Устройство имеет три модификации: "Гном-60-185", "Гном-60-185В" и "Гном-60-185М". Здесь цифры 60-185 обозначают диапазон контролируемых диаметров труб в миллиметрах.
Модификация "Гном-60-185В" предназначена для контроля за зоной сварного шва и участком галтельного перехода муфтового конца труб типа ТБПВ, стальных и алюминиевых труб сборной конструкции, исследования тела бурильных труб на поперечные и объемные дефекты, выявления участков труб с толщиной стенки ниже установленного предела. Это устройство комплектуется сменными искателями с углами падения ультразвуковых колебаний (УЗК) 50 и 55°, а также специальным искателем для контроля за толщиной. В качестве контактной жидкости используется вода. Углы ввода УЗК можно менять в пределах 1 — 10°.
Модификация "Гном-60-185М" предназначена для выявления объемных и поперечных дефектов валов турбобуров. Комплектуется искателями с углами падения УЗК 47, 56 и 62°. В качестве контактной жидкости используется минеральное масло.
С помощью модификации "Гном-60-185" можно производить контроль всех видов, перечисленных для предыдущих модификаций. Это устройство комплектуется искателями с углами падения УЗК 47, 50, 55, 56 и 62° и специальным искателем для контроля за толщиной.
Все модификации устройства имеют выдвижной указатель расстояния от устройства до какой-либо опорной поверхности (торца муфты, валика сварного шва и др.).
По специальному заказу модификации устройства (за исключением "Гном-60-185М") могут комплектоваться искателем для исследования дефектов, ориентированных вдоль оси трубы.
Техническая характеристика устройства
Габариты, мм…………. 260×240x145
Масса, кг……………….. s 1,3
Устройство "Гном" разработано ВНИИТнефтью.
Ультразвуковой импульсный дефектоскоп типа ДУК-66 предназначен для обнаружения дефектов, определения координат их залегания и измерения толщины изделия. Этот дефектоскоп можно использовать в установках для автоматического и полуавтоматического ультразвукового контроля как при контактном, так и при иммерсионном методе контроля.
Техническая характеристика дефектоскопа
Рабочие частоты, МГц………………………………… 0,6; 1,25; 2,50; 5,00
и 10,00
Минимальная глубина обнаружения дефектов при работе раздельно-совмещенным искателем, мм, при частоте, МГц:
5,00………………………………………………………….. sO,5
2,50………………………………………………………….. sl,0
Погрешность определения глубины залегания дефектов
от полного значения шкалы выбранного диапазона, % ± 1,5
Ослабление входного сигнала аттенюатором, дБ 0—80
Регулировка чувствительности во времени, дБ 0—55+5
Питание от сети переменного тока:
напряжение, В………………………………………… ПО, 127 и 220
частота, Гц……………………………………………… 50
потребляемая мощность, В-А………………….. s 300
Условия эксплуатации:
температура воздуха, °С………………………….. +5—1-35
относительная влажность при 20 °С, %, не более 80
Габариты, мм……………………………………………… 605×395x265
Масса без принадлежностей, кг………………….. 24,5
Дефектоскоп типа ДУК-66 изготовляется заводом "Электроточприбор "(г. Кишинев).
Индукционный полупроводниковый дефектоскоп ППД-1МУ предназначен для выявления усталостных трещин и других несплошностей в поверхностных слоях изделий немагнитных и магнитных металлов электропроводностью 0,5 — 40,0м/(Ом-мм2).
Техническая характеристика дефектоскопа
Рабочая частота, МГц…………………………… 3—5
Диаметр датчика, мм……………………………. s 3
Время непрерывной работы, ч……………… 15—17
Питание………………………………………………. От аккумуляторной
батареи типа 7Д-01 Размеры выявляемых трещин, мм:
длина……………………………………………….. г 2
глубина…………………………………………….. г 0,15
ширина…………………………………………….. г 2
Габариты……………………………………………… 190×135x60
Масса, кг……………………………………………… Не более 0,5
Дефектоскоп изготовляется заводом "Электроточприбор" (г. Кишинев).
Ультразвуковой импульсный бесконтактный толщиномер типа БУИТ-1 предназначен для измерения толщины стенок стальных и алюминиевых бурильных труб, а также стальных обсадных и насосно-компрессорных труб при одностороннем доступе. Толщиномер может работать как автономно при ручном контроле труб, так и в комплекте с передвижными и стационарными установками для неразрушающего контроля.
При контроле за толщиной стенок труб не требуется предварительная очистка поверхностей от краски и ржавчины, так как прибор имеет датчик с бесконтактным вводом ультразвука, что позволяет в отличие от других ультразвуковых толщиномеров эксплуатировать его без применения контактных жидкостей. В основу толщиномера положено измерение промежутка времени между импульсами ультразвуковых колебаний, отраженных от наружной и внутренней поверхностей стенок контролируемой трубы.
Конструктивно толщиномер БУИТ-1 выполнен в виде переносного прибора с вертикальной передней панелью, на которой установлены органы управления и индикаторный стрелочный прибор, шкала которого проградуирована в миллиметрах. Отдельным узлом толщиномера является выносной датчик, позволяющий производить замеры на расстоянии до 1,5 м от прибора. Датчик имеет амортизированный направляющий цилиндр для ориентирования вдоль направляющей контролируемой трубы, катушку подмагничивания и плоскую катушку преобразователя.
Техническая характеристика прибора
Диапазон измеряемых толщин, мм…………… 3—15
Погрешность измерения, %……………………… ±2
Диаметр контролируемых труб, мм………….. г 60
Питание от сети переменного тока:
напряжение, В……………………………………… 220
частота, Гц……………………………………………. 50
потребляемая мощность, В-А……………….. s 120
Условия эксплуатации:
температура воздуха, °С……………………….. —10—1-40
относительная влажность при 20 °С, %…. s 80
Габариты, мм…………………………………………… 410×275x175
Масса прибора с укладочным ящиком, кг… s 30
Прибор разработан ВНИИТнефтью и изготовляется заводом "Нефтеавтоматика" (г. Бугульма).
Ультразвуковой импульсный толщиномер "Кварц" разработан ВНИИНКом. Заводом "Электроточприбор" (г. Киши-
нев) серийно изготовляется толщиномер ультразвуковой импульсный переносный "Кварц-15". Этот прибор предназначен для определения толщин стенок магистральных трубопроводов, металлических резервуаров и других металлических конструкций при одностороннем доступе без дополнительной чистки поверхности в месте контроля. Он позволяет измерять толщины стенок от 2 до 50 мм. При проверке труб на буровых показания прибора записываются и одновременно показываются. При обнаружении уменьшения толщины стенки трубы ниже допустимой действует также сигнализация.
Опыт работы по контролю качества труб за рубежом представляет интерес, поскольку в ряде стран, например во Франции, техника контроля за трубами развивается несколько иными путями, чем в России. Если в нефтяной и газовой промышленности нашей страны преимущественное развитие получили методы ультразвукового контроля, а другие методы имеют вспомогательное значение, то во Франции превалирующими являются магнитные и индукционные методы, а ультразвуковая дефектоскопия используется в меньшей степени.
Проверку состояния внутренней поверхности труб осуществляют с помощью эндоскопов. Эндоскопы, выпускаемые французской фирмой "Бодзон", представляют собой оптический прибор с осветителем и позволяют визуально проверять внутреннюю поверхность труб диаметром от 40 до 600 мм и длиной до 12 м. Установив вместо окулятора эндоскопа фотокамеру, можно сфотографировать обнаруженный дефект трубы. Довольно широкое распространение при контроле за внутренней поверхностью труб получила телеэндоскопия — на экране прибора по участкам по мере продвижения эндоскопа дается изображение внутренней поверхности трубы со всеми дефектами.
Для выявления скрытых несплошностей широко применяются методы магнитной и индукционной дефектоскопии труб, основанные на взаимодействии между характеристикой дефекта и напряженностью магнитного поля утечки.