Методи й засоби контролю різьбових з’єднань трубних колон

визначити взаємозв’язки між параметрами, що характеризують якість різьбових з’єднань, та інформативними сигналами, за якими оцінюються ці параметри;

встановити закономірності поширення ультразвукових коливань (УЗК) в різьбових частинах труб, в тому числі обважнених, для розробки способів їх контролю;

провести теоретичні та експериментальні дослідження і розробити нові та вдосконалити існуючі способи контролю якості додаткових діаметральних і торцевих ущільнень типу “метал – метал” різьбових, в т. ч. замкових, з’єднань трубних колон;

провести теоретичні та експериментальні дослідження і розробити способи контролю якості (дефектоскопії) згвинчених замкових різьбових з’єднань обважнених бурильних труб;

дослідити можливість використання принципу агрегатування методик контролю типових елементів різьбових з’єднань і здійснити його апробацію;

розробити й впровадити технічні засоби та технології для реалізації розроблених способів контролю якості різьбових з’єднань та необхідне для їх ефективного використання нормативне забезпечення.

Об’єктом дослідження є працездатність різьбових з’єднань трубних колон, які використовуються в процесі проводки та експлуатації нафтогазових свердловин.

Предметом дослідження є методи та засоби неруйнівного контролю параметрів, які визначають якість різьбових з’єднань трубних колон.

Методи дослідження. Встановлення взаємозв’язків між показниками, які характеризують якість різьбових з’єднань, і інформативними сигналами здійснювалось за допомогою методів теорії коливань. Для встановлення залежностей між геометричними характеристиками різьбових частин та параметрами способів їх акустичного контролю використовувались методи променевої акустики. Дослідження процесів, що відбуваються в зоні спряження елементів різьбових з’єднань під час згвинчування, проведені з метою класифікації існуючих типів різьбових з’єднань за функціональними ознаками, ґрунтуються на методах опору матеріалів та теорії руйнувань. Під час проведення експериментальних досліджень та обробки їх результатів застосовувались методи раціонального планування, теорії ймовірності та прикладної статистики. Визначення класифікаційних ознак різьбових з’єднань та агрегатування методик контролю здійснювалось на підставі методів теорії подібності. Розробка технічних засобів здійснювалась з використанням методів схемо- та системотехніки.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що:

- вперше одержані узагальнені аналітичні залежності між геометричними характеристиками конічного з’єднання (товщиною стінки, конусністю, місцезнаходженням та орієнтацією очікуваної поверхні відбиття) та параметрами способів акустичного контролю (кутом вводу УЗК, віддалями між точками їх вводу, відбиття та приймання), що дає можливість розробляти методики контролю якості різьбових з’єднань різних типорозмірів методами відбитого та прониклого випромінювання без традиційних графічних побудов;

– вперше одержана аналітична залежність між геометричними характеристиками (радіусами, висотою упорного виступу) замкового різьбового з’єднання обважнених бурильних труб, глибиною залягання дефекту в різьбі ніпельної частини та параметрами способу акустичного контролю (кутом вводу ультразвукових коливань, віддаллю між точками вводу п’єзоперетворювачів, відстанню від точок вводу п’єзоперетворювачів до краю упорного виступу), що вперше дозволило здійснювати контроль замкових різьбових з’єднань обважнених бурильних труб всіх типорозмірів в згвинченому стані;

– вперше теоретично обґрунтована з точки зору неруйнівного контролю система класифікації різьбових з’єднань трубних колон за конструктивними й функціональними ознаками, що створює умови для розробки й використання типових методик контролю елементів певної конструкції і призначення.

Практичне значення одержаних результатів полягає в розробці і впровадженні:

– технічних засобів та технологій для акустичного контролю замкових різьбових з’єднань обважнених бурильних труб всіх типорозмірів, що суттєво зменшило непродуктивні витрати часу на проведення контролю в процесі спуско-підіймальних операцій та підвищило безпеку виконання робіт;

- технічних засобів та технологій, що базуються на використанні розроблених способів акустичного контролю діаметральних і торцевих ущільнень типу “метал – метал”, що дозволило оцінювати якість різьбових з’єднань по закінченні процесу згвинчування і тим самим забезпечувати їх ефективне функціонування;

– агрегатування методик, що дозволило перейти до використання типових методик для контролю конструктивно ідентичних елементів однакового функціонального призначення і зменшило кількість зразків для настроювання апаратури;

- регламентації вимог до неруйнівного контролю та пов’язаних з ним процедур, завдяки чому підвищується якість контролю та створюються умови для виключення непрофесійних послуг в цій галузі.

Одержані під час досліджень результати використані в галузевих стандартах ГСТУ 320. 02829777. 002-95 “Інструкція по проведенню неруйнівного контролю труб нафтового сортаменту в процесі їх експлуатації” та ГСТУ 320. 02829777. 001-95 “Положення про службу неруйнівного контролю в нафтовій і газовій галузях”. Розроблені за безпосередньою участю автора способи контролю й технічні засоби реалізовані в комплексній установці УНКТ-1, пересувній лабораторії неруйнівного контролю ПЛНК-2, спеціальних установках для контролю різьбових з’єднань УДР-1, ОБТ-1, “Контакт-1”, “Контакт-2М”. Ці засоби й технології експлуатуються в Долинському, Бориславському, Охтирському, Полтавському та Стрийському УБР, в Шебелинському УТТ, Бориславській та Новоуренгойській БВО, у ВО “Уренгойгазпром”. Галузеві стандарти впроваджені в більшості нафтогазовидобувних підприємств України, технічні умови на надання послуг з неруйнівного контролю та атестації фахівців – в НВФ “Зонд” та функціонуючому при ній атестаційному центрі.

Особистий внесок здобувача. Основні положення та результати дисертаційної роботи отримані автором самостійно. Особисто автором:

– одержані аналітичні залежності для розрахунку параметрів способів акустичного контролю конічних з’єднань та їх додаткових ущільнень типу “метал – метал” при використанні методів прониклого та відбитого випромінювання [1];

- одержані аналітичні залежності для розрахунку параметрів способу акустичного контролю, в т. ч. з метою виявлення втомних тріщин, замкового різьбового з’єднання обважнених бурильних труб в згвинченому стані [2];

- визначений перелік показників для комплексної оцінки технічного стану трубної