Введение 3
1 Анализ состояния вопроса 7
1.1 Состав буровой установки 7
1.2 Сварка тела трубы и замка 17
1.3 Анализ возможных способов автоматической наплавки 21
1.4 Анализ возможных вариантов присадочных материалов 33
1.5 Задачи работы 38
2 Методика исследований 40
2.1 Нанесение слоя для проведения исследований 40
2.2 Изготовление образцов для проведения исследований 45
2.3 Исследования твердости получаемых слоев 47
2.4 Исследования износостойкости получаемых слоев 49
2.5 Статистическая обработка результатов исследований 53
3 Результаты исследований 55
3.1 Результаты исследований геометрии получаемых сварных соединений 55
3.2 Результаты исследований твердости 58
3.3 Результаты исследования износостойкости наплавленных слоев 64
4 Технологические рекомендации по наплавке муфт 68
Заключение 70
Список используемой литературы и используемых источников 72
Для экономики России очень важны финансовые поступления от продажи на мировом рынке жидких или газообразных углеводородов, нефти и газа. Также без нефти и газа немыслима работа некоторых предприятий и целых отраслей промышленности в России. Перечисленное требует извлечения из недр указанных полезных ископаемых и транспортировки их к потребителю (или покупателю).
Поскольку содержащие жидкие или газообразные углеводородные пласты располагаются глубоко под землей, добраться до них можно только пробурив скважину. При этом задействован целый комплекс оборудования. Основу составляет буровая вышка, буровая лебедка, талевая система. Все перечисленное относится к исполнительным органам. Обеспечивает работу исполнительных органов силовая часть буровой установки - источники электричества, пневмосистема, гидросистема, механизмы подачи бурового раствора [50, 53].
Непосредственно саму скважину прокладывает бурильная колонна. На конце бурильной колонны закреплен буровой инструмент. Сама по себе бурильная колонна характеризуется большой протяженностью и малыми размерами в поперечном сечении. Так сверхглубокая скважина, пробуренная на Кольском полуострове, достигает глубины от поверхности свыше 12000 м. Однако если рассматривать длину непосредственно скважины, то скважины пробуренные под углом к поверхности земли, достигают длины 15000 м. При этом диаметр бурильной колонны не достигает и полуметра. Состоит бурильная колонна из бурильных труб, соединяемых друг с другом посредством т.н. бурильных замков [12].
Бурильная колонна работает в условиях механического истирания из-за контакта со стенками скважины. Даже если бурение ведется в рыхлых осадочных породах, их основу составляют пески, щебни, твердые сами по себе. Кроме того, при больших длинах бурильной колонны ее собственный вес может достигать значительных величин. Так уже упомянутая здесь Кольская сверхглубокая скважина до глубины 12000 м выполнялась стальными бурильными трубами, для достижения больших глубин применяли трубы из легких алюминиевых сплавов. Стальные разрушились бы под собственным весом.
Перечисленные факторы механического воздействия на бурильные трубы ведут к их ускоренному разрушению. Наиболее энергично разрушаются замки бурильные. Их диаметр превосходит диаметр непосредственно тела трубы, значит истирающее воздействие породы на них достигает больших значений [13, 14].
Проблема восстановления замков бурильных решается, преимущественно, дуговой наплавкой. Из всего многообразия методов восстановления именно дуговая наплавка обеспечивает наилучшее сцепление нового слоя к поверхности замка трубы.
Вместе с тем, геометрические параметры замка и химический состав материала замка накладывают ограничения и на способы дуговой наплавки. Так в работе [62] показано, что вместо наплавки под слоем флюса лучше применить наплавку в среде защитных газов. Разработан технологический процесс наплавки изношенных муфт проволокой Нп-30ХГСА. Вместе с тем, известно множество способов наплавки, обеспечивающих получение слоев с высокой износостойкостью.
Исходя из вышеизложенного можно поставить цель настоящей работы - повышение качества восстановленных муфт труб бурильных путем подбора способа наплавки.
Чтобы достичь поставленной цели, в работе были решены следующие задачи:
- аналитический подбор наплавочного материала, обеспечивающего необходимые значения твердости наплавленного слоя и обладающего удовлетворительными характеристиками при механической обработке;
- разработка методики выполнения экспериментальных исследований;
- проведение экспериментальных исследований свойств покрытий, получаемых наплавкой выбранным материалом;
- обработка результатов экспериментальных исследований и оценка их результатов;
- на основании анализа полученной при проведении экспериментальных исследований информации сформулировать необходимые рекомендации и довести их до сведения предприятий и организаций, занимающихся проблемами восстановления бурильных труб.
Поставленные задачи определили структуру магистерской диссертации, которая состоит из введения, четырех глав, заключения.
Предмет и объект исследования определяется тематикой работы, ее целью и задачами.
Предмет исследования - технологические решения для увеличения продолжительности эксплуатации труб бурильных.
Объект исследования - применяемое для восстановления наплавкой муфт труб бурильных оборудование и технологические приемы.
Теоретической, методологической и информационной базой исследования послужили:
- государственные и отраслевые стандарты, нормативная база применяемая на предприятиях, занимающихся бурением скважин;
- опубликованные работы российских и зарубежных ученых и инженеров в области сварки, наплавки и контроля;
- сведения по проблеме исследования, полученные из глобальных компьютерных сетей.
В ходе исследования использовались специальные и общенаучные методы исследования. В качестве специальных при написании работы применялись аналитические и логические методы. Выполнялся анализ литературных источников по теме исследования, анализ полученных при экспериментальных исследованиях результаты. Методы логики применялись для получения выводов из результатов экспериментальных исследований. В качестве общенаучных методов при написании работы применялись методы наблюдения за объектом во время проведения экспериментальных исследований.
Теоретическая значимость исследования заключается в том, что исследовано действие химического состава наплавочного материала на механические свойства и эксплуатационные характеристики получаемых при наплавке на изношенную поверхность муфт труб бурильных покрытий.
Практическая значимость исследования заключается в том, что рекомендации сформулированные по результатам выполнения работы направлены на конкретное внедрение в практику восстановления наплавкой для предприятия “Ульяновскнефть”
Цель магистерской диссертации - повышение качества восстановленных муфт труб бурильных путем подбора способа наплавки. По ходу выполнения выпускной квалификационной работы была изучена литература по теме нанесения упрочняющих покрытий на муфты бурильных труб. Прочитаны научные статьи отечественных и зарубежных авторов, посвященные продлению срока службы муфт бурильных труб. Выполнялся поиск и анализ патентов в России и за рубежом по теме нанесения покрытий на муфты бурильных труб с целью уменьшения интенсивности их износа.
Анализ научной и патентной литературы позволил найти способы нанесения покрытий, обеспечивающие повышение срока эксплуатации муфт труб бурильных, но обладающие высокой эффективностью с экономической точки зрения. Главные источники информации, которые принимались во внимание - труды ученых Тольяттинского государственного университета по наплавке комбинированных слоев железо-алюминий.
Разработана методика, включающая в себя исследования твердости и износостойкости перспективных вариантов нанесения покрытий . Проведенные экспериментальные исследования обеспечили данными, согласно которым наилучшим вариантом покрытия признана система железо-алюминий.
При определении режимов наплавки покрытия системы железо- алюминий ориентировались на результаты работы Бочкарева А.Г. Параметры режима двухдуговой наплавки составляют для горелки, обеспечивающей подачу сварочной проволоки Св08Г2С напряжение на дуге принимали 30 В, скорость подачи присадочной проволоки 6 м/мин, скорость наплавки 0,3 м/мин, величина сварочного тока 260-280 А. Расход аргона головки 8-10 л/мин. Для горелки, обеспечивающей подачу алюминиевой проволоки. Напряжение на дуге принимали 30 В. Скорость подачи присадочной проволоки 10 м/мин. Величина сварочного тока 240-260 А. Расход аргона головки 8-10 л/мин.
Для слоя наплавленного по указанной методике показаны значения твердости, превышающие 40 HRC. Что больше, чем значения твердости слоя, получаемого наплавкой проволокой Нп-30ХГСА. Исследования сравнительной износостойкости получаемого комбинированной наплавкой слоя также показали, что износостойкость в 2 раза больше, чем износостойкость слоя, получаемого наплавкой проволокой Нп-30ХГСА.
Вместе с тем, пластические характеристики слоя являются достаточными, для обработки получаемой поверхности резанием.
Полученные результаты выпускной квалификационной работы могут применяться на предприятиях соответствующего профиля для нанесения покрытий на поверхность муфт, обеспечивающих увеличение срока службы изделия. Это безусловно окажет положительный экономический эффект, что немаловажно в нынешней непростой экономической ситуации.
Цель достигнута.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
