ДИАГНОСТИРОВАНИЕ И ВОССТАНОВЛЕНИЕ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА
БУРИЛЬНЫХ ТРУБ МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛА

Мардамшин В.Р., Бакиев Т.А., Загидулин Р.В., Загидулин Т.Р.

 

Бурильные трубы (рис.1) производятся из особо прочных марок стали, высокие механические характеристики которых достигаются за счет сильного легирования и закалки металла. Материаловедам известно, что чем выше степень закалки, тем более нестабильным является состояние металла и быстрее происходит его деградация. Поэтому в процессе эксплуатации таких изделий, особенно в тяжелых условиях, состояние их металла требует повышенного внимания.

Рис.1. Бурильные трубы «type 5-1/2×21.9»

 

Закалка всегда дает побочный эффект: металл становится хрупким. В изделиях из обычной конструкционной стали критическое состояние металла приводит к зарождению и постепенному росту трещин, которые в принципе выявляются методами дефектоскопии.

С бурильными трубами дело обстоит иначе! Изначально хрупкий металл при достижении предельной нагрузки разрушается мгновенно, без постепенного растрескивания. Дефектоскопия здесь просто не успевает.

Потенциально опасные области металла, в которых в скором времени начнется процесс разрушения, легко выявляются на ранних стадиях индикаторами механического напряжения металла ИН-01м и ИН-02.

Контроль каждой бурильной трубы производится по отдельности, посредством сканирования ее поверхности по трем равноудаленным образующим, как показано на рис.2. Весь процесс занимает не более 5 минут, включая перекатывание трубы на угол 120 градусов (производится дважды), поэтому обследование восьмидесяти труб, представленных на рис.1-2 заняло по времени менее половины рабочей смены.

Рис.2. Обследование бурильных труб «type 5-1/2×21.9»
индикатором механического напряжения металла ИН-02

 

Как правило, области с повышенным напряженным состоянием металла выявляются вблизи резьбовых соединений бурильных труб (рис.3а); повреждения в средней части труб (рис.4а) встречаются гораздо реже.

Повышенный уровень механических напряжений металла в области, показанной на рис.3а, обусловлен технологией их изготовления (сварка трением), а также усталостью металла резьбового соединения, характерная особенность которой – чрезвычайно высокий, но при этом относительно плавный максимум НДС металла.

В результате электромагнитной обработки данного участка бурильной трубы в течение 3 минут распределение механических напряжений металла полностью выровнялось (см. запись показаний индикатора ИН-02 на рис.3б).

В целом средний уровень напряжений металла после электромагнитной обработки возрос более чем на 15%. Это означает, что релаксация выявленной концентрации механических напряжений металла произошла за счет их перераспределения по бурильной трубе.

Очевидно, что после нескольких циклов эксплуатации и восстановления ресурса бурильной трубы общий уровень НДС металла всё же достигнет предельного состояния и, в конце концов, трубу придется списать. Однако проведение электромагнитной обработки металла значительно продлевает срок службы бурильного оборудования.

(а)

(б)

Рис.3. Напряженное состояние бурильной трубы №43ХХ до (а) и после электромагнитной обработки металла (б)

 

(а)

(б)

Рис.4. Напряженное состояние бурильной трубы №48ХХ до (а) и после электромагнитной обработки металла (б)

 

На рис.4а показан участок бурильной трубы, на котором была выявлена относительно небольшая по протяженности, но резкая по характеру неравномерность напряженного состояния металла: сначала показания индикатора ИН-02 резко понизились, затем резко возросли и, в конечном счете, вернулись на первоначальный уровень. Это указывает на то, что в данном случае имели место механические напряжения разных знаков, которые удалось устранить за один цикл электромагнитной обработки металла (см. результат на рис.4б).

В отличие от предыдущего случая, средний уровень напряжений металла бурильной трубы в результате электромагнитной обработки практически не изменился, так как при его перераспределении напряжения разного знака взаимно скомпенсировали друг друга.

Рис.5. Устройство снижения механических напряжений металла

 

На рис.5 приводится фотография рабочего прототипа устройства электромагнитной обработки для снижения напряженного состояния металла, который доказал свою эффективность в реальных полевых условиях эксплуатации.

В настоящее время в нашей лаборатории разрабатывается электронный блок управления для устройства снижения напряженного состояния металла на современной элементной базе, благодаря которой удается снизить массу и габариты устройства более чем в 5 раз.