Научная статья на тему 'ПРИЧИНЫ ПОВРЕЖДЕНИЙ МУФТ НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫХ ТРУБ'

ПРИЧИНЫ ПОВРЕЖДЕНИЙ МУФТ НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫХ ТРУБ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
1174
141
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
РАЗРУШЕНИЕ / КОРРОЗИОННАЯ СРЕДА / НАПРЯЖЕНИЕ / МУФТА / НАСОСНО-КОМПРЕССОРНАЯ ТРУБА / ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ / МЕТАЛЛОГРАФИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ / МИКРОСТРУКТУРА МЕТАЛЛА / РАСТЯЖЕНИЕ / УДАРНЫЙ ИЗГИБ / ТВЕРДОСТЬ / DAMAGE / CORROSION MEDIUM / STRESS / CLUTCH / TUBING / CHEMICAL COMPOSITION / METALLOGRAPHIC EXAMINATION / METAL MICROSTRUCTURE / TENSION / IMPACT BENDING / HARDNESS

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Кушнаренко Владимир Михайлович, Репях Виталий Сергеевич, Тавтилов Ильфат Шайдуллович, Решетов Сергей Юрьевич

Актуальность и цели. Объектом исследования являются муфты насосно-компрессорных труб (НКТ). Предметом исследования являются металлографические исследования участков зарождения трещин в металле муфт. Цель работы - определение причин разрушения муфт НКТ в процессе эксплуатации. Материалы и методы. Проведено исследование причин зарождения трещин в результате воздействия на муфты НКТ коррозионной среды и механических повреждений, возникших в процессе эксплуатации, а также анализ разрушений фрактографическими и металлографическими методами. Результаты. Рассмотрены разрушения муфт НКТ при воздействии сероводородсодержащей среды, выявлена связь образования микротрещин с механическим воздействием на муфты и образованием вмятин-рисок от монтажного инструмента при достижении определенного момента свинчивания необходимого для образования герметичного резьбового соединения. Выводы. Сопоставление рассматриваемых разрушений позволило сделать выводы, что основными причинами разрушений муфт НКТ являются концентраторы напряжений - вмятины-риски на внешних поверхностях муфт, воздействие нерегламентированных монтажных напряжений и сероводородсодержащей рабочей среды на области вмятин-рисок муфты приводит к появлению микротрещин водородного растрескивания в условиях сложного напряженного состояния.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Кушнаренко Владимир Михайлович, Репях Виталий Сергеевич, Тавтилов Ильфат Шайдуллович, Решетов Сергей Юрьевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

CAUSES OF DAMAGES OF PUMP-COMPRESSOR PIPE CLUTCHES

Background. The object of research is the clutch of pump-compressor pipes (tubing). The subject of the study is metallographic studies of the areas of crack origin in the metal of clutches. The purpose of this work is to determine the causes of damages of pump-compressor pipe clutch during operation. Materials and methods. Investigation of the crack formation causes because of the impact on the tubing clutches of a corrosive environment and mechanical damage that occurred during operation, as well as analysis of fractographic and metallographic destruction methods. Results. Considered the destruction of the clutches of the tubing when exposed gray-and-hydrogen-containing environment, correlation of microcracks with mechanical damages of the clutch and formation of dents-scratches from installation Toolkit when a certain torque is required for the formation of a sealed threaded connection. Conclusions. Comparison of the considered fractures allowed us to conclude that the main causes of failure of tubing couplings are stress concentrators - dents-risks on the outer surfaces of the couplings. The impact of unregulated assembly stresses and a hydrogen sulfide-containing working medium on the area of the dents-marks of the coupling leads to the appearance of microcracks of hydrogen cracking under conditions of a complex stress state.

Текст научной работы на тему «ПРИЧИНЫ ПОВРЕЖДЕНИЙ МУФТ НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫХ ТРУБ»

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ

УДК 620.193

DOI 10.21685/2072-3059-2020-4-10

В. М. Кушнаренко, В. С. Репях, И. Ш. Тавтилов, С. Ю. Решетов

ПРИЧИНЫ ПОВРЕЖДЕНИЙ МУФТ НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫХ ТРУБ

Аннотация.

Актуальность и цели. Объектом исследования являются муфты насосно-компрессорных труб (НКТ). Предметом исследования являются металлографические исследования участков зарождения трещин в металле муфт. Цель работы -определение причин разрушения муфт НКТ в процессе эксплуатации.

Материалы и методы. Проведено исследование причин зарождения трещин в результате воздействия на муфты НКТ коррозионной среды и механических повреждений, возникших в процессе эксплуатации, а также анализ разрушений фрактографическими и металлографическими методами.

Результаты. Рассмотрены разрушения муфт НКТ при воздействии серо-водородсодержащей среды, выявлена связь образования микротрещин с механическим воздействием на муфты и образованием вмятин-рисок от монтажного инструмента при достижении определенного момента свинчивания необходимого для образования герметичного резьбового соединения.

Выводы. Сопоставление рассматриваемых разрушений позволило сделать выводы, что основными причинами разрушений муфт НКТ являются концентраторы напряжений - вмятины-риски на внешних поверхностях муфт, воздействие нерегламентированных монтажных напряжений и сероводородсо-держащей рабочей среды на области вмятин-рисок муфты приводит к появлению микротрещин водородного растрескивания в условиях сложного напряженного состояния.

Ключевые слова: разрушение, коррозионная среда, напряжение, муфта, насосно-компрессорная труба, химический состав, металлографическое исследование, микроструктура металла, растяжение, ударный изгиб, твердость.

V. M. Kushnarenko, V. S. Repyakh, I. Sh. Tavtilov, S. Yu. Reshetov

CAUSES OF DAMAGES OF PUMP-COMPRESSOR PIPE CLUTCHES

Abstract.

Background. The object of research is the clutch of pump-compressor pipes (tubing). The subject of the study is metallographic studies of the areas of crack

© Кушнаренко В. М., Репях В. С., Тавтилов И. Ш., Решетов С. Ю., 2020. Данная статья доступна по условиям всемирной лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License (http:// creativecommons.org/licenses/by/4.0/), которая дает разрешение на неограниченное использование, копирование на любые носители при условии указания авторства, источника и ссылки на лицензию Creative Commons, а также изменений, если таковые имеют место.

origin in the metal of clutches. The purpose of this work is to determine the causes of damages of pump-compressor pipe clutch during operation.

Materials and methods. Investigation of the crack formation causes because of the impact on the tubing clutches of a corrosive environment and mechanical damage that occurred during operation, as well as analysis of fractographic and metallographic destruction methods.

Results. Considered the destruction of the clutches of the tubing when exposed gray-and-hydrogen-containing environment, correlation of microcracks with mechanical damages of the clutch and formation of dents-scratches from installation Toolkit when a certain torque is required for the formation of a sealed threaded connection.

Conclusions. Comparison of the considered fractures allowed us to conclude that the main causes of failure of tubing couplings are stress concentrators - dents-risks on the outer surfaces of the couplings. The impact of unregulated assembly stresses and a hydrogen sulfide-containing working medium on the area of the dents-marks of the coupling leads to the appearance of microcracks of hydrogen cracking under conditions of a complex stress state.

Keywords: damage, corrosion medium, stress, clutch, tubing, chemical composition, metallographic examination, metal microstructure, tension, impact bending, hardness.

Введение

В процессе эксплуатации скважинного оборудования наблюдаются повреждения муфт насосно-компрессорных труб (НКТ) различного характера, которые наносят материальный и экологический ущерб [1]. Изучение опыта эксплуатации НКТ, процессов накопления повреждений в металле муфт НКТ, механизмов разрушения является необходимым условием повышения надежности эксплуатации скважинного оборудования. Ниже приведены типичные примеры разрушений муфт НКТ и установленные причины их разрушения.

Цель работы - определение причин разрушения муфт НКТ в процессе эксплуатации.

Результаты исследований и их обсуждение

1. Разрушение муфты НКТ 073^5,51 мм (рис. 1). При визуально-измерительном контроле соединения муфты с НКТ 073 мм получено: средний наружный диаметр муфты Dac = 95,9 мм; средняя толщина стенки муфты 8,2 мм. Навинченная муфта имеет продольную сквозную трещину (рис. 1,б-г). Величина раскрытия (ширина) трещины в сборе муфты с НКТ от 3,4 до 6,5 мм, в срединной части - 5,4 мм.

Обнаружена несоосность соединения муфты с НКТ (рис. 1,а). Кроме того, со стороны, противоположной трещине, торец муфты доходит до конца резьбовой части конца трубы, а со стороны трещины от торца трубы выступают две нитки резьбовой части. После развинчивания на свободном конце муфты раскрытие стало 4,5 мм, а на конце со стороны НКТ практически не изменилось, в середине муфты - уменьшилось на 0,3 мм. После принудительного сведения берегов трещины муфты средний наружный диаметр муфты Dbc = 94,1 мм. На внешней поверхности муфты обнаружены многочисленные вмятины от монтажного ключа, глубина вмятин от 0,4 до 1,7 мм (рис. 1-3).

На нескольких витках, в особенности у расположенных ближе к торцам муфты, наблюдается деформация - смятие вершин ниток резьбы (рис. 1,г).

Рис. 1. Разрушение муфты НКТ 073x5,51 мм

При рассмотрении поверхности излома муфты (рис. 2) наблюдается хрупкий излом, что характерно для материала, эксплуатируемого в условиях повышенных напряжений и воздействия рабочих сред. Излом имеет многоочаговый характер, очаги находятся на поверхности муфты в области вмятин от гидравлического ключа. Рубцы излома направлены практически параллельно оси муфты и выходят на поверхность к вмятинам, где на расстоянии 21 и 66 мм от одного из торцов муфты находятся очаги излома. Поверхность излома имеет преимущественно волокнистое строение, местами напоминающее древовидную структуру, а также хрупкий характер разрушения в очагах излома, от которых начинается трещина, которая развивалась попеременно в продольных плоскостях, где действуют максимальные окружные напряжения. Очаги расположены как в месте конструктивно максимальной толщины стенки муфты Ь = 9,1 мм, т.е. практически посередине, где резьба на внутренней поверхности отсутствует, так и в резьбовой части, где толщина стенки муфты по впадине резьбы Ь = 7,8 мм.

б)

Рис. 2. Излом разрушенной муфты НКТ 073x5,51 мм

Проведенные металлографические исследования показывают наличие трещин в металле муфты. На рис. 3 показана трещина, развитие которой началось от одной из многочисленных вмятин, образованных от гидравлического ключа.

вмятины от инструмента

вмятина глубиной 0,9 мм

г 1 ' • J ^ ""V

ШШшг^щ^ ШЁЛ Шттшашт у9

/

у

трещина

)

WSSШШЁШ ^fhM'jät Шш

г)

Рис. 3. Зарождение и развитие трещины от вмятины муфты НКТ 073x5,51 мм

Трещина распространяется от вмятины глубиной 0,9 мм в плоскости практически перпендикулярно оси муфты и даже имеет некоторое разветвление (рис. 3). Также имеет место распространение трещины от поверхности муфты в области вмятины глубиной 0,5 мм.

Согласно результатам спектрального анализа материал муфты соответствует стали типа 30Г2, что не превышает нормативных значений по ГОСТ 633 [2] для стали группы прочности Б по сере и фосфору.

Твердость металла муфты составляет 17-24 НRC.

При создании герметичного соединения муфты с трубой посредством конического резьбового соединения в металле муфты возникают значительные окружные напряжения растяжения. Многочисленные вмятины от гидравлического ключа на поверхности муфты, а также замятие ниток резьбы, свидетельствует о значительном превышении момента затяжки резьбового соединения муфты с НКТ, приведшем к возникновению в металле муфты больших монтажных остаточных напряжений.

Рабочие напряжения в металле муфты от внутреннего давления среды при эксплуатации НКТ незначительны:

р ■ Б 5,0 • 94,1 „„„.^ ар = --= --- = 28,7 МПа, (1)

2ср 2 ■8,2

где р - давление рабочей среды, МПа; Б - наружный диаметр муфты, мм; ¿ср - средняя толщина стенки муфты, мм.

Даже с учетом максимальной концентрации напряжений от резьбы и вмятин а р = 28,7 ■ 2 = 57,4 МПа.

Ранее отмечалось, что разрушенная муфта НКТ имеет значительное раскрытие - в срединной части 5,4 мм. Это обусловлено релаксацией остаточных монтажных напряжений, вызванных существенным превышением момента затяжки резьбового соединения муфты с НКТ.

Величину остаточных напряжений в металле муфты определяли согласно ГОСТ Р 54918 [3] по формуле

Ft

1 1

v Dbc D

—-= 338,4 Мпа, (2)

~ ост о

1 -и2

где Е - модуль Юнга, равный 2,069 • 105 МПа; - средняя толщина стенки муфты, равная 8,2 мм; БЬс - средний наружный диаметр муфты до нанесения надреза (трещины), равный 94,1 мм; Бас - средний наружный диаметр муфты после нанесения надреза (возникновения трещины), равный 95,9 мм; V - коэффициент Пуассона, равный 0,28.

Наличие на внутренней поверхности муфты резьбы и на наружной поверхности муфты вмятин от гидравлического ключа вызывает концентрацию напряжений (от 1,5 до 2,0) [1], тогда окружные напряжения в металле муфты могут достигнуть величины 507,6 МПа.

Следовательно, остаточные монтажные окружные напряжения в металле муфты, превышающие даже без учета напряжений от рабочих нагрузок предел текучести металла муфты, равный согласно результатам испытаний на растяжение 469 МПа, привели к возникновению в местах концентраторов

напряжений (вмятин от гидравлического ключа) микротрещин с последующим сквозным разрушением муфты НКТ.

Причиной разрушения муфты НКТ являются концентраторы напряжений - вмятины от гидравлического ключа - и значительное превышение момента затяжки резьбового соединения муфты с НКТ, приведшее к возникновению в металле муфты монтажных остаточных напряжений, достигающих предела текучести металла.

2. Разрушение муфты НКТ 060,3 мм (рис. 4) произошло в виде продольной трещины при освоении сероводородсодержащей нефтегазовой скважины, в которой проводили соляно-кислотную обработку.

г) а)

Рис. 4. Разрушенная муфта НКТ 060,3 мм: а, б, в - общий вид с трещиной

(стрелками указаны вмятины от машинного ключа); г, д - участок разрушения муфты НКТ 060,3 мм после долома: 1 - зона хрупкого излома (траектория трещины), 2 - зона квазихрупкого долома

При визуальном осмотре наружной поверхности муфты на участках вмятин-рисок глубиной до 1,2 мм, оставшихся от машинного ключа, наблюдается трещина длиной 26 мм с раскрытием 0,2-0,3 мм (рис. 4,а,б). На наружной поверхности муфты наблюдаются также язвенные коррозионные поражения величиной от 1 до 10 мм, глубиной до 1,4 мм. На внутренней по-

верхности муфты трещина распространилась от торца муфты на расстояние 23 мм - до восьмого витка резьбы (рис. 4,в). На поверхности резьбы обнаружены заусенцы и смятие вершин отдельных витков резьбы (рис. 4,в).

Излом хрупкий, что характерно для материала муфты, эксплуатируемой в условиях повышенных напряжений и воздействия наводороживающих сред. Участок долома имеет квазихрупкий излом (рис. 4,г,д). При осмотре более 170 муфт и НКТ, извлеченных из скважины, на наружной поверхности 134 муфт и НКТ обнаружены многочисленные вмятины-риски от машинных ключей для раскрепления резьбовых соединений, а также коррозионные повреждения.

Согласно результатам спектрального анализа химический состав металла разрушенной муфты НКТ 060,3 мм соответствует стали 30ХМА.

Измеренная твердость металла муфты НКТ составляет 215-221 НВ, что соответствует требованиям стандарта NACE MR0175 [4], в котором максимальное значение твердости принято 229 НВ для стальных изделий, эксплуатирующихся в условиях воздействия сероводородсодержащих сред.

Испытания на растяжение образцов муфты НКТ 060,3 мм, вырезанных из резьбовой части муфты, показали: прочности ов = 693 МПа, предел текучести от = 562 МПа, относительное удлинение 5 = 15 %, что соответствует стали группы прочности Е по ГОСТ 633 [2].

Причиной разрушения муфты НКТ 060,3 мм являются вмятины-риски, оставшиеся от воздействия машинных ключей для раскрепления резьбовых соединений НКТ, от которых как от концентраторов напряжений в условиях воздействия наводороживающих сероводородсодержащих сред образовались микротрещины, объединившиеся затем в сквозную трещину.

3. Разрушение муфты НКТ 073^5,5 мм (рис. 5) произошло при эксплуатации в газо-нефтяной скважине с содержанием до 0,14 % H2S и CO2 до 1,56 %. При визуальном осмотре муфты наблюдается сквозное разрушение практически вдоль оси с раскрытием от 6,5 до 6,7 мм (рис. 5). На внешней поверхности муфты в области, прилегающей к сквозному разрушению, следы коррозии и вмятины от плашек гидроключа не обнаружены. Резьба на муфте и на соединяемых с нею резьбовыми концами НКТ имеет повреждение нитей. На торцевой поверхности муфты имеются вмятины, возникшие в процессе ловильных работ.

Излом муфты по характеру распространения хрупкий. После разрезки муфты на поверхности излома обнаружен шевронный узор (рис. 5,б-г), указывающий, что очаг разрушения находится в области третьей нитки со стороны монтажного резьбового соединения муфты с НКТ 073^5,5 мм. От этого очага трещина развивалась практически вдоль оси муфты в сечении, перпендикулярном действию максимальных окружных напряжений.

Согласно результатам спектрального анализа химического состава металла муфты химический состав металла разрушенной муфты соответствует стали типа 36Г2С.

Результаты испытания на растяжение вырезанных из металла разрушенной муфты образцов показали: предел прочности ов ~ 855 МПа, предел текучести от ~ 589 МПа, относительное удлинение 17 %, что соответствует стали группы прочности Е по ГОСТ 633 [2].

Твердость металла муфты составляет 215-244 НВ, при этом максимальная твердость 244 НВ наблюдается в области очага излома муфты.

г)

Рис. 5. Разрушенная муфта НКТ 73^5,5 мм (а) и вид излома муфты (б-г)

Согласно результатам испытания образцов, вырезанных из металла разрушенной муфты, на ударный изгиб при температуре 0 °С величина ударной вязкости KCV° незначительна - 5 Дж/см2.

Низкая величина ударной вязкости металла разрушенной муфты свидетельствует о повышенной чувствительности материала муфт к хрупким разрушениям, особенно при наличии повышенных напряжений и концентраторов напряжений, таким концентратором напряжений является резьба.

Согласно представленным данным величина крутящего момента при навинчивании в заводских условиях муфт на НКТ 073x5,5 мм не превышает 2600 Нм. Однако согласно акту проверки гидравлического ключа и пнев-моспайдера максимальное давление, установленное регулировочным клапа-

ном при свинчивании НКТ, составляет 43,0 атм. При данном максимальном давлении согласно графику зависимости момента свинчивания от давления нагнетания величина крутящего момента при навинчивании в монтажных условиях муфт на НКТ 073*5,5 мм может достигать значения 3500 Нм, что в 1,35 раза превышает максимальную величину крутящего момента при навинчивании в заводских условиях муфт на НКТ 073*5,5 мм.

Разрушенная муфта имеет среднюю величину раскрытия трещины ~6,6 мм (рис. 5,а), что свидетельствует о наличии в металле муфты значительных остаточных монтажных напряжений.

Величину остаточных напряжений в металле разрушенной муфты определяли согласно ГОСТ Р 54918 [3] по формуле (2). С учетом результатов измерительного контроля разрушенной муфты (4р = 5,51 мм; ВЬс = 90,6 мм; Вас = 92,7 мм) остаточные напряжения достигают величины 309,4 МПа и составляют 52,5 % от предела текучести материала.

Повышенные остаточные напряжения в металле разрушенной муфты возникли вследствие превышения в 1,35 раза максимальной величины крутящего момента при навинчивании в монтажных условиях муфты на НКТ 073*5,5 мм по сравнению с максимальной величиной крутящего момента при навинчивании в заводских условиях.

Остаточные монтажные напряжения в металле разрушенной муфты, достигающие 52,5 % от предела текучести материала муфты, совместно с напряжениями от рабочих нагрузок, возникающих в процессе эксплуатации НКТ, привели к образованию микротрещин в области третьей нитки со стороны монтажного резьбового соединения муфты с НКТ 073*5,5 мм (рис. 6). Эти микротрещины - эффективные концентраторы напряжений - под действием окружных напряжений инициировали образование в металле муфты продольной трещины со сквозным разрушением.

Рис. 6. Трещина и микротрещины в области излома и третьей нитки со стороны монтажного резьбового соединения муфты с НКТ 073*5,5 мм

Причиной разрушения муфты НКТ 73*5,5 мм являются остаточные монтажные напряжения, вызванные превышением в 1,35 раза максимальной величины крутящего момента и достигающие 52,5 % от предела текучести материала муфты, которые совместно с напряжениями от рабочих нагрузок, возникающими в процессе эксплуатации НКТ, привели к образованию микро-

трещин с последующим преобразованием их в условиях сложного напряженного состояния в продольную трещину со сквозным разрушением муфты.

4. Разрушение муфты М-73*5,5 (рис. 7) произошло в процессе эксплуатации НКТ в сероводородсодержащей нефтегазовой скважине.

в)

Рис. 7. Разрушение муфты М-73*5,5 и распространение трещины (а, б), излом муфты НКТ (в)

Магистральная трещина с раскрытием от ~0,6 до ~0,9 мм распространялась от торца муфты практически вдоль оси муфты на длине ~16 мм, затем под углом ~20° трещина достигала упорный уступ муфты, раздваивается, огибая по окружности упорный уступ муфты (рис. 7,а-в).

Характер излома в области магистральной трещины хрупкий, в области упорного уступа и участка долома муфты - квазихрупкий, что характерно для разрушения материала муфты, эксплуатируемой в условиях повышенных напряжений и воздействия сероводородсодержащих сред (рис. 7). Рельеф следов поверхности излома указывает на направление движения трещины от торца муфты, где в области впадины первого витка резьбы находится очаг излома (рис. 7,в). Толщина стенки муфты в районе очага излома по впадине резьбы составляет 4,4 мм. Утонение стенки муфты отсутствует.

Согласно результатам спектрального химического анализа состав металла муфты соответствует стали 30ХМА.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Твердость металла муфты находится в пределах 22-24 HRC, что не соответствует требованиям стандарта NACE MR0175 [4], в котором максимальное значение твердости принято 22 HRC для стальных изделий, эксплуатируемых в условиях воздействия сероводородсодержащих сред. При проведении металлографических исследований в области излома обнаружены микротрещины сероводородного растрескивания (рис. 8), свидетельствующие о наличии наводороживания и значительных остаточных технологических напряжений в металле муфты, обусловленных повышенной твердостью металла муфты.

а) б)

Рис. 8. Микротрещины в металле муфты М-73*5,5

Согласно результатам испытания образцов, вырезанных из резьбовой части муфты, на ударный изгиб при температуре плюс 20 °С ударная вязкость КСУ составляет 92-104 Дж/см2.

После разрезки разрушенной части муфты М-73*5,5 с НКТ установлено, что длина резьбовой части НКТ, свинченной с муфтой, составляет ~59 мм, тогда как расстояние от торца муфты до упорного уступа муфты составляет ~66 мм, что не соответствует требованиям ГОСТ 633 [2].

При создании герметичного соединения муфты с НКТ, имеющей укороченную резьбовую часть - меньше чем расстояние от торца муфты до упорного уступа, - в металле муфты возникают значительные монтажные окружные напряжения растяжения, суммирующиеся с окружными напряжениями растяжения, возникающими от рабочих давлений среды в НКТ. Кроме того, на данное резьбовое соединение муфты с трубой действуют осевые напряжения, возникающие от веса нижерасположенных НКТ. При этом в условиях двухосного напряженного состояния максимальная концентрация напряжений возникает в области впадины первого витка резьбы муфты, имеющей повышенную твердость, что при воздействии сероводородсодержащей рабочей среды приводит к зарождению микротрещин и хрупкому излому металла муфты.

Причиной разрушения муфты М-73*5,5 являются нерегламентирован-ные повышенные монтажные напряжения, возникшие при свинчивании муфты с НКТ, имеющей укороченную резьбовую часть - меньше чем расстояние от торца муфты до упорного уступа, и вызвавшие, наряду с проектными нагрузками, в условиях двухосного напряженного состояния значительную концентрацию напряжений в области впадины первого витка резьбы муфты, имеющей повышенную твердость, что при воздействии сероводородсодер-жащей рабочей среды привело к зарождению микротрещин, объединившихся в макротрещину и сквозное разрушение металла муфты.

Заключение

Основными причинами разрушения муфт НКТ являются:

- концентраторы напряжений - вмятины-риски на внешних поверхностях муфт, оставшиеся от воздействия плашек гидравлических ключей;

- нерегламентированные монтажные напряжения, возникшие при свинчивании муфт с НКТ крутящим моментом повышенной величины;

- микротрещины водородного растрескивания, возникающие при воздействии в условиях сложного напряженного состояния сероводородсодер-жащей рабочей среды на области металла муфт, содержащих концентраторы напряжений - вмятины-риски.

Библиографический список

1. Кушнаренко, В. М. Дефекты и повреждения деталей и конструкций / В. М. Кушнаренко, В. С. Репях, Е. Ю. Чирков, Е. В. Кушнаренко. - Оренбург : ОГУ - ООО «Руссервис», 2012. - 531 с.

2. ГОСТ 633-80. Трубы насосно-компрессорные и муфты к ним. Технические условия. - Введ. 01.01.1983. - Взамен ГОСТ 633-63. - Москва : Стандартинформ, 2010. - 107 с.

3. ГОСТ Р 54918-2012 (ISO/TR 10400:2007). Трубы обсадные, насосно-компрессор-ные, бурильные и трубы для трубопроводов нефтяной и газовой промышленности. Формулы и расчет свойств. - Введ. 01.10.2013. - Москва : Стандартинформ, 2014. -252 с.

4. Нефтяная, нефтехимическая и газовая промышленность - Материалы для применения в средах, содержащих сероводород, при добыче нефти и газа. Часть 3. CRA (коррозионностойкие сплавы) и другие сплавы, стойкие к растрескиванию. -Введ. 01.09.1995. - Vernier, Geneva, Switzerland: ISO, 2015. - 91 с.

References

1. Kushnarenko V. M., Repyakh V. S., Chirkov E. Yu., Kushnarenko E. V. Defekty i pov-rezhdeniya detaley i konstruktsiy [Defects and damage to parts and structures]. Orenburg: OGU. OOO «Russervis», 2012, 531 p. ISBN 978-5-904627-16-4. [In Russian]

2. GOST 633-80. Truby nasosno-kompressornye i mufty k nim. Tekhnicheskie usloviya. Vved. 01.01.1983. Vzamen GOST 633-63 [Tubing pipes and couplings for them. Technical conditions. Introduction 01.01.1983. Instead of State Standart 633-63]. Moscow: Standartinform, 2010, 107 p. [In Russian]

3. GOST R 54918-2012 (ISO/TR 10400:2007). Truby obsadnye, nasosno-kompressor-nye, buril'nye i truby dlya truboprovodov neftyanoy i gazovoy promyshlennosti. Formuly i raschet svoystv. Vved. 01.10.2013 [Casing pipes, pump-compressor-not, drill pipes and pipes for pipelines of the oil and gas industry. Formulas and calculation of properties. Introduction 01.10.2013]. Moscow: Standartinform, 2014, 252 p. [In Russian]

4. ANSI/NACE MR0175/ISO15156-3:2015. Petroleum and natural gas industries — Materials for use in H2S-containing environments in oil and gas production — Part 3: Cracking-resistant CRAs (corrosion-resistant alloys) and other alloys. Mezhdunarod-nyy standart ANSI/NACEMR0175/ISO15156-3:2015. 91 р.

Кушнаренко Владимир Михайлович доктор технических наук, профессор, кафедра механики материалов, конструкций и машин, Оренбургский государственный университет (Россия, г. Оренбург, пр. Победы, 13)

E-mail: vmkushnarenko@mail.ru

Kushnarenko Vladimir Mikhaylovich Doctor of engineering sciences, professor, sub-department of mechanics of materials, structures and machines, Orenburg State University (13 Pobedy avenue, Orenburg, Russia)

Репях Виталий Сергеевич кандидат технических наук, доцент, кафедра материаловедения и технологии материалов, Оренбургский государственный университет (Россия, г. Оренбург, пр. Победы, 13)

E-mail: podval2004@mail.ru

Тавтилов Ильфат Шайдуллович

кандидат технических наук, доцент, кафедра материаловедения и технологии материалов, Оренбургский государственный университет (Россия, г. Оренбург, пр. Победы, 13)

E-mail: elfkent@mail.ru

Решетов Сергей Юрьевич кандидат технических наук, доцент, кафедра механики материалов, конструкций и машин, Оренбургский государственный университет (Россия, г. Оренбург, пр. Победы, 13)

E-mail: suresh_oren@mail.ru

Repyakh Vitaliy Sergeevich Candidate of engineering sciences, associate professor, sub-department of materials science and materials technology, Orenburg State University (13 Pobedy avenue, Orenburg, Russia)

Tavtilov Il'fat Shaydullovich

Candidate of engineering sciences, associate professor, sub-department of materials science and materials technology, Orenburg State University (13 Pobedy avenue, Orenburg, Russia)

Reshetov Sergey Yur'evich Candidate of engineering sciences, associate professor, sub-department of mechanics of materials, structures and machines, Orenburg State University (13 Pobedy avenue, Orenburg, Russia)

Образец цитирования:

Кушнаренко, В. М. Причины повреждений муфт насосно-компрес-сорных труб / В. М. Кушнаренко, В. С. Репях, И. Ш. Тавтилов, С. Ю. Решетов // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. - 2020. - № 4 (56). - С. 122-134. - DOI 10.21685/2072-3059-2020-4-10.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.