Технічний стан металоконструкцій під обладнання бурових установок з урахуванням причинних факторів позаексплуатаційного виходу їх з ладу

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Технічний стан металоконструкцій під обладнання бурових установок з урахуванням причинних факторів позаексплуатаційного виходу їх з ладу

Л.П. Свід

Постановка проблеми

Розширення бурових робіт потребує впровадження як нових типів бурових установок, так і підтримання старого, майже повністю спрацьованого парку. Для цього необхідномати надійний інструмент визначення та оцінки технічного стану конструктивних елементів. На цей час виробничники користуються КНД 41-00032626-273-97 "Оцінка технічного стану металоконструкцій під обладнання бурових установок" [1]. Але слід зазначити, що даний документ повинен бути перероблений на основі новітніх досягнень у даній області з врахуванням критерію дійсного стану з одночасним визначенням дійсної межі спрацювання матеріалу конструкцій та з'єднань.

Беручи до уваги сучасні вимоги поліпшення експлуатаційної якості бурового обладнання, в нормативних документах приділено велику увагу виявленню фактичного стану обладнання. Але чинні нормативи мають узагальнений підхід до несучих конструкцій і обмежують їх строк експлуатації 7-15 роками. Такий підхід деякою мірою забезпечує 100% надійність конструкцій, однак він не забезпечує повного експлуатаційного спрацювання конструктивних елементів бурових установок.

У зв'язку з тим, що більшість бурових установок, у яких вийшов строк експлуатації, при своєчасній реконструкції ефективно працюють в різних експлуатаційних середовищах, необхідно здійснити широкий спектр наукових досліджень щодо вивчення дійсних критеріїв неексплуатаційного виходу металоконструкцій під обладнання бурових установок, в тому числі і несучих конструкцій спуско-підіймального комплексу.

Питанню роботоздатності несучих конструкцій бурових установок за останні роки приділена особлива увага. Здебільшого це стосується конструкцій, із яких більша частина перевищила нормативи технічного ресурсу, внаслідок чого вони можуть мати змінені меха-нічні властивості матеріалу та додаткові пошкодження. Для виявлення характеру пошкоджень необхідно передбачити 100% контроль за їх станом [2]. В цьому напрямку Б.Е.Пато-ном рекомендовано застосовувати цілу низку заходів щодо безпечної експлуатації обладнання за умови вільного вибору типу та методів проведення діагностичних операцій, що сприяють екологічній безпеці України. При цьому одним із основних завдань технічної експлуатації для прийняття рішень відносно здійснення ремонтних робіт з відновлення або заміни зношених чи дефектних елементів є контроль за процесом змін технічної характеристики та діагностика стану їх елементів. Це необхідно здійснювати в разі перевищення регламентованого терміну служби обладнання, конструкції та споруд, що мають властивість в період експлуатації змінювати свої технічні характеристики такою мірою, що нормативні параметри їх працездатності можуть не співпадати з реальними.

При встановленні експлуатаційної надійності конструкцій важливим є виявлення особливостей матеріалу, умов експлуатації і час, який вони відпрацювали з моменту введення її в експлуатацію. При цьому одним з головних завдань є досягти найбільш довготривалого відпрацювання металевих конструкцій та обладнання. Тому центр уваги переноситься на фактичний стан конструкції, який можливо встановити тільки за рахунок знання всіх наявних та скритих дефектів, що виникають в конструктивних елементах та у конструкціях в період їх експлуатації. Таке завдання можна вирішити шляхом всебічного контролю в процесі експлуатації, використовуючи при цьому як традиційно прийняті, так і нові підходи та методи контролю, які б дали змогу сформувати достовірний вектор стану матеріалу [3].

Позанормативна експлуатація конструкцій явно потребує регламентації відповідних термі-нів періодичного профілактичного контролю з метою виявлення ступеня пошкодження металу та вияснення динаміки та характеру змін його структури. Як показали результати досліджень, на певному проміжку часу необхідно визначити придатність несучих конструкцій до подальшої експлуатації. Визначення технічного стану і оцінка ресурсу експлуатації в цьому випадку неможлива без умов адекватного опису характеру дефектів, їх розміру, нерівномірності розміщення, швидкості поширення та ін. При цьому необхідне на даний час застосування електронних носіїв, де зберігалися всі параметри контролю і дані сканування для подальшого аналізу, що дасть можливість зберегти результати обробки дефектних ділянок, а в подальшому здійснити порівнювальний аналіз за станом конструкцій. Це дасть змогу за результатами повторного контролю реперних ділянок дати оцінку характеру розвитку дефектів, а також передбачити локальні зони, які потребують в процесі експлуатації додаткової уваги.

Визначення факторів, які спричинюють позаексплуатаційну втрату несучої здатності

Як відомо, металеві конструкції спуско-підіймального комплексу сприймають ряд факторів, які впливають на загальну їх дієздатність. До таких факторів відносяться: характер силових навантажень, агресивність середовища, температурний режим експлуатації, матеріал конструктивних елементів, конфігурація поперечного розрізу конструктивних елементів, спосіб з'єднання конструктивних елементів, ступінь захищеності конструкцій, а також час знаходження конструкцій в експлуатації.

Відповідно до умов експлуатації конструкції бурових установок належать до конструкцій, що у більшості працюють в умовах агресивного середовища, а саме: в умовах відкритих для доступу атмосферних чинників, змінного температурного режиму, агресивних газів та рідких неорганічних та органічних речовин. Тому до основних факторів, які спричинюють позаексплуатаційну втрату несучої здатності слід віднести агресивність середовища, а також некерований вплив атмосферних чинників, що призводить до непрогнозованого корозійного зношення несучих конструкцій, причому ступінь корозійного зношення напряму залежить від агресивності режиму експлуатації, а також від характеру технологічних особливостей експлуатації, матеріалів, конфігурації конструктивних елементів, ступеня надійності та заходів захисту конструкцій від впливу на них корозії.

Фактор зниження несучої здатності та довговічності металоконструкцій внаслідок впливу корозії є однією із причин виникнення перед-аварійного та аварійного стану [4].

Зниження несучої здатності внаслідок корозії є одним із недоліків металоконструкцій нафтогазодобувної галузі, а їх подальша експлуатація потребує додаткових витрат матеріальних ресурсів. Для вирішення проблеми захисту конструкцій від впливу корозії пропонується застосувати експертні діагностування їх корозійного стану [5], оскільки аналіз їх результатів дасть змогу виділити найбільш характерні випадки таких пошкоджень із визначенням оптимальних методів неруйнівного контролю і в ряді випадків дати конкретні рекомендації відносно продовження експлуатаційних термінів служби. Відмінності в пошкодженні здебільшого пов'язані із особливостями структурної текстури металопрокату і дифузійними процесами, які відбуваються по границях вмісту неметалевих включень. Внаслідок цього одним із основних завдань технічної експлуатації є контроль за процесом змін технічної характеристики та діагностика стану ї х елементів для прийняття рішень відносно здійснення ремонтних робіт з відновлення або заміни зношених чи дефектних елементів. Для достовірного визначення остаточного ресурсу широко використовують магнітні методи, які дають змогу оперувати діагностичними даними про стан об'єкта і швидкість старіння матеріалу. Але слід зауважити, що діагностична інформація на даний час обмежена за обсягом і має лише побічний характер, тому застосування існуючих методів контролю не дасть змоги повною мірою виявити структурні зміни, пошкодження і тріщини, які в подальшому можуть бути причиною зміни граничного стану. Вірогідністю цього є недосконалості апаратури або недоступність розміщення дефектів[4]. В результаті обстеження конструкцій, що експлуатувались в достатньо несприятливих агресивних середовищах, спостерігаються деякі типові випадки пошарового, пошарово-крих-кого, пошарово-в'язкого руйнувань зварних швів [6].

Визначення корозійного впливу залежно від умов експлуатації

Як відомо, швидкість корозії в чистому повітрі при невисокій його відносній вологості незначна і складає соті долі міліметра товщини на рік. Залежно від категорії розміщення кон-струкцій та від середовища експлуатації для бурових установок можна застосовувати такі ж коефіцієнти корозії, як і для будівельних металоконструкцій (таблиця 1) [5].

Склад і ступінь агресивного впливу слід приймати для споріднених зон експлуатації за даними технологічної документації або результатами експериментальних замірів на діючих об'єктах. Змінність корозійних дій слід враховувати шляхом визначення несприятливих сполук.

Кінетика накопичення змін в структурі матеріалу в більшості випадків залежить від інтенсивності впливу зовнішнього і навколишнього середовища і характеру досягнутого рівня структурних змін в матеріалі конструкцій. В основному, як засвідчує досвід, одним із найбільш масових джерел, які впливають на інтенсивність пошкоджень більшості металоконструкцій, є некерований вплив атмосферних навантажень. Але в умовах бурової свердловини поряд із некерованим впливом атмосферних навантажень металоконструкції бурових установок сприймають також вплив вибурених порід та бурового розчину, які за певних причин впродовж деякого часу накопичуються на конструктивних елементах.

Через недбале зберігання, що має місце в процесі простою конструкцій та експлуатації в умовах агресивного середовища, впливу мінералізованої вологи і солей шламових відходів, коли на конструктивних елементах залишається буровий розчин та шлам, а також через неякісний корозійний захист конструкцій при виготовленні і експлуатації та неправильну техноло-гію експлуатації бурового обладнання спостерігається особливо інтенсивне пораження кон-струкцій корозійними включеннями, причому швидкість поширення їх на противагу звичайним атмосферним чинникам набагато вища [7]. Найбільше це стосується дії соленосних глин, особливо воротищенської світи. В ході спостережень було відзначено, що хімічні елементи соленосних глин вказаної світи при потрап-лянні на конструктивні елементи спуско-підій-мального комплексу призводять до появи та інтенсивного поширення корозії, яка в першу чергу носить хімічний характер, викликано безпосереднім контактним впливом на метал агресивної рідини та газів. У зв'язку із впливом вологи та атмосфери на поверхневий шар металу поява корозії також пов'язана з електрохімічними явищами. При цьому відмічається руйнування структури матеріалу конструкцій, в яких зміна фізичних властивостей відбувається ще до втрати міцності. Це пояснюється тим, що довготривала дія наведених чинників призводить до появи втомленості металу та розвитку дефектів. В свою чергу, під впливом мінералізованої вологи і ґрунтових солей за рахунок корозійного зношення значно знижується механічна міцність конструкцій. В результаті корозійних проявлень відомі випадки виходу із ладу несучих конструкцій бурових установок через 2-5 років експлуатації.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Для прогнозування стійкості конструктивних елементів рекомендується застосувати показник корозійної стійкості, що залежить від ступеня агресивності та режиму експлуатації [5]. Дані відносного показника корозійної стійкості залежно від ступеня агресивності та режиму експлуатації наведено в таблиці 2.

Наведені показники корозійної стійкості відносно середовища експлуатації мають важливе значення при виявленні остаточного ресурсу несучих конструкцій бурової установки та продовженні терміну їх експлуатації.

В ході обстеження конструкцій відмічається, що максимальний розвиток корозії спостерігається в проміжку з'єднань конструктивних електрозварних елементів, що в подальшому викликає здуття і розрив зварних швів, особливо в застійних зонах. Це викликано тим, що у вузьких щілинах конструкцій за наявності в них вологи та пилу відбувається утворення іржі, що є продуктом корозії.

Розповсюдження корозії відбувається у вигляді появи раковин або мікротріщин, які заповнюються іржею. В процесі дії атмосферних опадів та технологічного середовища здійснюється зволожування несучих конструкцій, особливо тих, в яких відсутнє обвітрення та тих, які обтікаються буровим розчином. За рахунок дії наведених факторів відбувається розбухання іржі. Крім того, іржа, заповнюючи тріщини, що лишилися на поверхні металоконструкцій внаслідок прокату і зварювання, дефектної структури матеріалу та втомленості металу й інших причин, збільшуючись в об'ємі, розширює та поглиблює їх, послаблюючи при цьому матеріал конструкції з утворенням концентраторів напружень. За певний проміжок часу збільшення об'єму іржі в раковинах та мікротріщинах призводить до появи руйнівних процесів у конструктивних елементах, а зменшення їх робочої площі внаслідок проявів місцевої або загальної поверхневої корозії -- до перенапруження як елементів конструкції, так і усієї конструкції загалом. Тому слід зазначити, що ще при проектуванні слід звернути увагу на доречність виготовлення та експлуатації несучих конструкцій спуско-підіймального комплексу із конструктивних елементів відкритого коробчатого профілю. З метою попередження змін технічного стану конструкцій під час проектування склад і ступінь агресивного впливу слід приймати для споріднених зон експлуатації за даними технологічної документації , а також за результатами експериментальних замірів на діючих об'єктах. корозійний експлуатація агресивний

З метою запобігання виникненню вказаних ситуацій та збереження робочого стану металоконструкцій в умовах бурового майданчика слід ще на стадії проектування передбачити усі можливі нюанси.

В цьому розрізі рекомендується здійснювати:

1) проектування металевих конструкцій без вузьких щілин і пазух, з конструктивних елементів, які мають добре обтічну повітряними струменями форму, на яких не може затримуватись бруд, і які відкриті для періодичного очищення та фарбування;

2) підбір матеріалів, які мають антикорозійні властивості;

3) високоякісне ґрунтування виготовлених конструкцій та подальше їх фарбування правильно вибраним лакофарбовим покриттям;

4) періодичне фарбування металевих конструкцій в процесі експлуатації (через 3-6 років роботи);

5) розробку ефективних засобів захисту металу від корозії з необхідністю визначення в кожному конкретному випадку їх економічної та технологічної обґрунтованості.

Висновки

1. Одним із причинних факторів позаекс-плуатаційного виходу несучих конструкцій бурових установок з ладу є надмірні корозійні пошкодження. Тому необхідно проводити їх регулярне кваліфікаційне обстеження;

2. При проектуванні конструктивних елементів бурових установок слід враховувати умови їх експлуатації з введенням в розрахункові норми залежно від середовища та категорії розміщення конструкцій коефіцієнтів корозійного зношення.

Література

1. КНД 41-00032626-273-97. Оцінка техніч-ного стану металоконструкцій під обладнання бурових установок: Методика. - К., 1997. - 51с.

2. Патон Б.Е. О состоянии работ в Украине по технической диагностике промышленного оборудования, конструкций и сооружений // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. - 1999. - № 3. - С.66-68.

3. Патон Б.Е., Недосека А.Я. О новых подходах в оценке состояния сварных конструкций и определения их остаточного ресурса // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. - 2000. - № 1. - С. 8-12.

4. Бондаренко А.Ю. Об оценке остаточного ресурса сварных соединений магнитным методом для обеспечения качества сварных конструкций и изделий нефтепродуктов // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. - 2002. - № 2. - С. 42-45.

5. Королев В.П., Волков И.А., Шелихова Е.В. Экспертное диагностирование коррозионного разрушения при определении остаточного ресурса строительных металлоконструкций в коррозионных средах // Техническая диагностика и неразрушающий контроль. - 2002. - № 2. - С. 6-10.

6. Слоистое разрушение сварных соединений / В.С.Гиренко, А.В.Бернацкий, М.Д.Раб-кина, Н.П.Коржова // Проблемы прочности. - 1987. - № 3. - С. 70-76.

7. Свід С.Л. Причинні фактори не експлуатаційного виходу з ладу несучих конструкцій бурових установок // Нафта і газ України. Збірник наукових праць: Матеріали 8-ої Міжнародної науково-практичної конференції "Нафта і газ України -2004" (Судак, 29 вересня - 1 жовтня 2004 р.): У 2-х томах. - К.: Нора-прінт, 2004. - Том 2. - С.234-235.

Размещено на Allbest.ru