ВВЕДЕНИЕ 4
1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР 6
1.1 Способность деформироваться и двойниковое поведение высокомарганцевой аустенитной стали с мелкозернистой структурой 6
1.1.1 Испытание на растяжение 7
1.2 Водородное растрескивание на границах зерен и двойников в аустенитной стали Fe - Mn - C 9
1.3 Упрочнение резьбовых соединений бурового оборудования методом холодной прокатки 15
1.3.1 Холодный прокат профиля резьбы 17
1.3.2 Детали исследования 21
1.3.3 Результаты исследования 26
1.3.4 Обсуждение результатов 30
1.4 Деформационное упрочнение сталей с высоким содержание марганца 36
1.4.1. Экспериментальная процедура 37
1.4.2 Результаты и обсуждение 38
1.5 Влияние измельчения зерна на термическую стабильность метастабильной аустенитной стали 50
1.5.1. Экспериментальные процедуры 52
1.5.2 Экспериментальные процедуры 53
1.5.3. Результаты и обсуждение 54
1.5.4 Энергия, необходимая для мартенситного превращения 60
1.5.5 Энергия упругой деформации для смещения решетки 60
1.5.6 Дополнительная физическая энергия, необходимая для мартенситного превращения 61
1.5.7 Оценка химической движущей силы для мартенситного превращения 62
1.5.8 Оценка энергии упругой деформации, необходимой для зарождения мартенсита 63
2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ 66
2.1 Исследуемый материал 66
2.2 Испытания на растяжение 67
2.3 Испытание на удар 69
2.3.1 Типы ударных испытаний 69
2.4 Оптико-эмиссионный спектральный анализ 72
2.4.1 Принцип спектрометрии оптического излучения 73
2.4.2 Оборудование 76
2.5 Испытание на твёрдость 77
2.6 Испытание на стойкость к межкристаллитной коррозии 77
3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 79
Аналитические исследования инцидентов за период 2011-2020 гг 79
3.1 Химический анализ металла 82
3.2 Испытание на растяжение 83
Образцы из марки стали Р-530 и Р-550Т для испытания на растяжение были отобраны из НУБТ после работы 83
3.3 Испытание металла на ударную вязкость 84
3.4 Определение твердости 85
3.5 Испытание на межкристаллитную коррозию 85
На основании исследования определили, что металл немагнитной утяжеленной бурильной трубы НУБТ Р-550Т обладает чрезвычайно высокой склонностью к межкристаллитной коррозии 90
3.6 Исследование причины заедания резьбы 90
Заключение 93
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 94
При бурении наклонно-направленных скважин требуется осуществлять контроль их траектории с помощью телеметрических систем, которые изготавливают из немагнитных утяжеленных бурильных труб (НУБТ). Все производители НУБТ используют практически один и тот же химический состав металла с содержанием: хрома 13-19%, марганца 18-22%, никеля до 2%, молибдена 0,5-3,0%, азота 0,5-0,8%, углерод до 0,04%, а остальное - железо.
Обзор работ, посвященных практике применения современных материалов, показывает, что в последнее время неуклонно растет потребность в материалах, включая стали, которые должны обладать набором конкретных, часто антагонистических механических свойств: высокими прочностью, пластичностью, ударной вязкостью, сопротивлением хрупкому разрушению и долговечностью. Это особенно актуально для ответственных и высоко нагруженных деталей, например, таких как элементы буровых колон. Дефекты, развивающиеся в процессе высоких нагрузок, могут привести к авариям, которые в случае с НУБТ наиболее часто возникают при роторном бурении скважины. Главная причина подобных аварий - неблагоприятное сочетание напряжений, возникающих в трубах, под действием ряда силовых факторов. Даже несложные инциденты и аварии могут привести к колоссальным последствиям, поэтому качеству НУБТ уделяется особое внимание. В связи с этим, целью настоящей работы является снижение риска наступления аварийных ситуации в процессе эксплуатации НУБТ.
Задачи данной работы:
1. Провести анализ литературных данных по теме диссертационной работы и обосновать проблему исследования.
2. Проведение аналитического исследования инцидентов, связанных с эксплуатацией НУБТ за период 2011-2020 гг.
3. Провести механические испытания на растяжение и ударную вязкость НУБТ
4. Провести испытания по соответствию химического состава стали НУБТ
5. Проведение испытаний на коррозионную стойкость материала НУБТ
6. Определить причину образования трещин в металле немагнитной утяжеленной бурильной трубы.
1. Определение химического состава всех труб, подверженных МКК, выявило отклонение по содержанию углерода
2. Механические свойства материала НУБТ соответствуют требованиям сертификата качества на данную продукцию
3. Значения ударной вязкости KCU, удовлетворяют требованиям нормативных документов.
4. НУБТ Р-550Т обладает чрезвычайно высокой склонностью к межкристаллитной коррозии
5. Заедание резьб происходит на разных марках сталей
Выводы
Исходя из результатов исследований можно сделать вывод что резкое снижение ресурса НУБТ Р-550Т, работающий в агрессивной среде бурового раствора, происходит из-за низкого содержания хрома и молибдена, и одновременно высокого содержания углерода. Данная комбинация способствует образованию точечной коррозии, которая в свою очередь является концентратором напряжения.
Для исключения заедания резьбовых соединений НУБТ следует применять дробеструйную обработку, способствующую созданию остаточных сжимающих напряжений в резьбовых соединениях. Данная операция увеличивает сопротивление усталостному разрушению и повышает ресурс при скручивании и раскручивании НУБТ
Для дополнительной защиты резьбовых соединений следует использовать смазки на основе диоксида молибдена. Данные смазки увеличили ресурс резьбовых соединений
На основе анализа совокупности всех проведенных исследований можно сделать следующее заключение: металл немагнитной утяжеленной бурильной трубы НУБТ Р-550Т обладает чрезвычайно высокой склонностью к межкристаллитной коррозии, что связано с дефектным строением границ зерен, наиболее вероятной причиной чего является повышенное содержание углерода.
