СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ ПОВЫШЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ НАСОСНО-КОМРПЕССОРНЫХ ТРУБ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ НЕФТЯНЫХ СКВАЖИН

MODERN METHODS FOR ASSESSING THE TECHNICAL CONDITION OF OIL WELL TUBING DURING OIL WELL OPERATION

Sun Haoyuan

Postgraduate student of the Department of Subsoil Use and Oil and Gas Engineering Engineering Academy Patrice Lumumba Peoples’ Friendship University of Russia,

Russia, Moscow

АННОТАЦИЯ

В статье систематизированы современные методы оценки технического состояния насосно-компрессорных труб, применяемые на этапах эксплуатации, подъема, ремонта и повторного использования. Рассмотрены визуально-измерительный, ультразвуковой, магнитный, электромагнитно-акустический, вихретоковый и комбинированный методы контроля. Показано, что выбор технологии определяется видом ожидаемого дефекта, состоянием поверхности, доступностью внутренней полости, необходимой производительностью и допустимой погрешностью. Обосновано, что наиболее достоверная оценка достигается при последовательном сочетании методов: первичная сортировка и геометрический контроль, выявление потери металла электромагнитными средствами, уточнение размеров локальных дефектов ультразвуковым методом и подтверждающий контроль участков с неоднозначными сигналами. Сформулированы практические требования к диагностической программе НКТ и приведена сравнительная характеристика основных методов.

ABSTRACT

The paper systematizes modern methods for assessing the technical condition of oil-well tubing during operation, pulling, repair and reuse. Visual and dimensional inspection, ultrasonic, magnetic, electromagnetic-acoustic, eddy-current and combined techniques are considered. The selection of a method is shown to depend on the expected defect type, surface condition, access to the inner bore, required inspection rate and acceptable uncertainty. The most reliable assessment is achieved by a staged combination of methods: preliminary sorting and geometry control, electromagnetic detection of metal loss, ultrasonic sizing of local defects, and confirmatory examination of ambiguous indications. Practical requirements for a tubing inspection program are formulated and the principal methods are compared.

Ключевые слова: насосно-компрессорные трубы; техническое состояние; неразрушающий контроль; магнитная дефектоскопия; ультразвуковой контроль; электромагнитно-акустический контроль.

Keywords: oil-well tubing; technical condition; nondestructive testing; magnetic inspection; ultrasonic testing; electromagnetic-acoustic testing.

Насосно-компрессорные трубы (НКТ) образуют протяженную нагруженную систему, работающую при совместном действии внутреннего и внешнего давления, веса колонны, температурных деформаций, вибрации, изгиба и контакта со штангами. Одновременно металл взаимодействует с минерализованной водной фазой, диоксидом углерода, сероводородом, кислородом, отложениями солей и асфальтосмолопарафиновыми компонентами. В результате техническое состояние колонны определяется не одним доминирующим фактором, а совокупностью механизмов: общей и локальной коррозией, эрозионным утонением, усталостным повреждением, износом внутренней поверхности, деформацией тела трубы и нарушением резьбовых соединений.

Магнитные методы широко применяются для производительного контроля ферромагнитных труб. При намагничивании изделия дефект изменяет распределение магнитного поля; регистрируемое поле рассеяния используется для выявления несплошностей и участков потери металла. Автоматизированная установка UMD-104M, описанная российскими разработчиками, предназначена для контроля бесшовных и электросварных НКТ при изготовлении и восстановлении. Авторы отмечают возможность выявления несплошностей металла, износа стенки и смещения кромок сварного шва [1]. Преимущество магнитной дефектоскопии состоит в высокой производительности и возможности полного охвата трубы матричными датчиками. Ограничениями являются зависимость сигнала от магнитных свойств стали, геометрии дефекта, состояния поверхности и режима намагничивания.

Ультразвуковой контроль применяется для измерения остаточной толщины стенки и уточнения параметров локальных дефектов. Импульс отражается от границ раздела, а время прохождения позволяет определить расстояние до отражающей поверхности. При достаточной подготовке поверхности метод обеспечивает высокую точность размерной оценки и позволяет различать дефекты по глубине. Вместе с тем традиционная контактная схема требует акустического контакта, стабильного положения преобразователя и очищенной поверхности. Наличие окалины, отложений, покрытия, сложной геометрии и кривизны снижает воспроизводимость. Поэтому ультразвуковой метод особенно эффективен как уточняющий после высокопроизводительного сканирования.

Перспективным вариантом является электромагнитно-акустический контроль, при котором ультразвуковые колебания возбуждаются и принимаются без жидкого контактного слоя. В исследовании О.В. Муравьевой и соавторов рассмотрен многократный теневой метод с волнами Рэлея и предложены информативные параметры для выявления поверхностных и приповерхностных дефектов трубных заготовок [2]. Бесконтактность облегчает автоматизацию и повышает устойчивость контроля при перемещении изделия. Вместе с тем уровень сигналов зависит от зазора, магнитного поля, структуры материала и параметров преобразователя; для надежной оценки необходимы настройка на эталонных дефектах и статистическая обработка серии проходов.

Вихретоковые методы основаны на изменении индуцированного электромагнитного поля в зоне нарушения сплошности или изменения толщины электропроводящего материала. Импульсный вихретоковый контроль содержит широкий спектр частот, что позволяет увеличить глубину проникновения и исследовать многослойные трубные системы. В работе М. Рурка, Й. Ли и Г. Робертса показана возможность оценки коррозионного утонения нескольких концентрически расположенных колонн по данным импульсного вихретокового каротажа [3]. Практическое преимущество заключается в проведении контроля без извлечения труб и в оценке суммарного состояния нескольких барьеров. Главная трудность — разделение вкладов отдельных труб, особенно при эксцентриситете, изменении магнитной проницаемости и наличии локальных дефектов.

Для скважинного обследования НКТ применяются электромагнитные толщиномеры, многолучевые каверномеры и комбинированные связки приборов. Совместный спуск электромагнитного прибора и каверномера позволяет сопоставить интегральную оценку потери металла с локальной геометрией внутреннего проходного сечения. Такой подход описан H. Norintan Farina и соавторами как средство повышения достоверности мониторинга целостности НКТ [4]. Электромагнитный канал чувствителен к изменению толщины, а каверномер уточняет овальность, внутренние отложения, деформацию и локальные сужения. Совпадение независимых признаков снижает вероятность ложной интерпретации, тогда как расхождение результатов указывает на необходимость дополнительного анализа.

Сопоставление методов показывает, что универсального способа диагностики НКТ не существует. Высокопроизводительный метод, пригодный для сортировки тысяч труб, обычно уступает локальному ультразвуковому измерению в точности определения глубины дефекта. Скважинный электромагнитный прибор позволяет обследовать колонну без подъема, но решает обратную задачу по косвенным сигналам и требует учета конструкции скважины. Визуальный контроль непосредственно подтверждает состояние поверхности, однако не дает информации о скрытой потере металла. Следовательно, рациональная программа строится по принципу последовательного уменьшения неопределенности.

Таблица 1.

Сравнительная характеристика методов оценки технического состояния НКТ

Источник: составлено автором по материалам [1–5].

Для поднятых НКТ целесообразна следующая последовательность. После очистки выполняются идентификация, визуальный осмотр и контроль геометрии. Затем применяется автоматизированное магнитное или вихретоковое сканирование тела трубы. Участки с превышением пороговых сигналов подвергаются повторному контролю и ультразвуковому измерению толщины. Отдельно проверяются резьба, муфты и зоны следов от захватного инструмента. Итоговое решение должно основываться не на единичном показании, а на совокупности признаков и заданном классе дальнейшего применения.

Таким образом, оценка технического состояния НКТ должна объединять несколько физических принципов. Визуальный и измерительный контроль обеспечивают первичную сортировку; магнитные методы; ультразвуковой контроль; электромагнитно-акустические и импульсные вихретоковые технологии расширяют возможности бесконтактного и скважинного обследования. Комбинированная диагностика снижает вероятность пропуска опасного повреждения и повышает обоснованность решения о ремонте, повторном применении или выбраковке трубы.

Список литературы:

1. Bulychev O.A., Shleenkov S.A., Seniv V.M., Shleenkov A.S., Polezhaev L.A. The UMD-104M device for testing reusable oil-well tubing // Russian Journal of Nondestructive Testing. 2015. Vol. 51. P. 661–668. DOI: 10.1134/S1061830915110029.
2. Murav’eva O.V., Volkova L.V., Murav’ev V.V., Sintsov M.A., Myshkin Yu.V., Basharova A.F. Sensitivity of electromagnetic-acoustic multiple shadow method using Rayleigh waves in inspection of oil country tubular goods // Russian Journal of Nondestructive Testing. 2020. Vol. 56. P. 995–1004. DOI: 10.1134/S1061830920120050.
3. Rourke M., Li Y., Roberts G. Multi-tubular corrosion inspection using a pulsed eddy current logging tool // International Petroleum Technology Conference. Beijing, 2013. Paper IPTC-16645-MS. DOI: 10.2523/IPTC-16645-MS.
4. Norintan Farina H., Hafiz A., Safwan A., Norfasya N., Xiong C.Y., Zawawi A., Yusmanizeil M., Aisyah S., Idham M., Wahyudeen M. An innovative approach for tubing integrity monitoring with the application of electromagnetic tool and caliper tool in tandem // International Petroleum Technology Conference. Doha, 2015. Paper IPTC-18510-MS. DOI: 10.2523/IPTC-18510-MS.
5. Pettitt-Schieber L., et al. Testing electromagnetic multi-pipe thickness tools in a controlled environment // SPE Annual Technical Conference and Exhibition. 2020. Paper SPE-199870-MS. DOI: 10.2118/199870-MS.