Портативна установка для неруйнівного експрес-контролю муфтових з’єднань обсадних труб в процесі спуску обсадних колон та обсадних труб

Реферат: Портативна установка для неруйнівного експрес-контролю муфтових з'єднань обсадних труб в процесі спуску обсадних колон та обсадних труб має генератор і приймач ультразвукових імпульсів, ультразвукові датчики. Портативна установка складається з пошукового пристрою, генератора-приймача ультразвукових коливань та програмного забезпечення. Пошуковий пристрій являє собою конструкцію, що має магнітні колеса, два датчики перевірки, які радіально підпружинені, мають щільовий акустичний контакт, і пристрій для регулювання куту нахилу відносно труби (муфти). Один з датчиків призначений для перевірки муфти на герметичність і складається з п'єзоперетворювача з відповідними параметрами, посилювача сигналів, динаміка для звукових сигналів, а другий має призначення для перевірки металу на тріщини, раковини, розшарування і складається з п'єзоперетворювача з відповідними параметрами, посилювача сигналів, динаміка для звукових сигналів, датчику положення (шляху). Генератор-приймач ультразвукових сигналів оснащений аналого-цифровим перетворювачем та мікропроцесором для обробки сигналів в режимі реального часу та регулювання роботою датчиків перевірки з подальшою передачею даних для обробки комп'ютером з встановленим відповідним програмним забезпеченням. UA 118658 U (12) UA 118658 U UA 118658 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 1. Галузь техніки Корисна модель належить до засобів і приладів неруйнівного контролю для виявлення та ідентифікації дефектів: тріщин, раковин, розшарувань металу, стану герметичності різьбових з'єднань, тощо. 2. Рівень техніки Відомі методи та технології неруйнівного контролю, що використовуються при проведенні технічного діагностування труб та їх з'єднань. До цих методів належать методи акустичної томографії, безконтактного магнітометричного контролю, ультразвукової дефектоскопії, радіаційного контролю, магнітопорошкового, оптичного, механічного контрою та інші. Сучасні засоби і методики, що використовуються для неруйнівного контролю труб, це в основному ультразвукові товщиноміри, твердоміри та магнітні коерцетиметри. Коерцетиметри КРМ-Ц, КРМ-ЦК-2М, ультразвукові товщиноміри УТ-0,4 (ЕМА) Дельта виробляються ТОВ "Фірма "Спеціальні наукові розробки" (www.snr-ndt.com), їх використання включає вимірювання зношування стінок труб і групи міцності сталі труб в трьох дільницях: посередині труби і на прикінцевих ділянках біля 1,5 м від кінця труби. Але статистика аварійності показує, що поломки труб і дефекти відбуваються хаотично і на різних ділянках. Тому "точкова" дефектоскопія труб, особливо бувших у експлуатації, є малоефективна. Обсадні колони в нафтових і газових свердловинах експлуатуються в складних гірничогеологічних умовах при значних різнонаправленних механічних навантаженнях, в присутності агресивних робочих середовищ. Для забезпечення надійної і тривалої експлуатації (протягом багатьох років і навіть десятиліть) обсадних колон необхідно використовувати по можливості надійні конструкції високогерметичних типів різьбових з'єднань і прийомів підготовки колони до спуску (опресовка, дефектоскопія, шаблонування і калібрування різьби і внутрішнього діаметра, товщинометрія, контроль групи міцності) і дотримання технології спуску обсадних труб, що включає: а) контроль моменту згвинчування труб в процесі спуску; б) використання спеціального високоякісного мастила-герметика. Неправильно затягнуті різьбові трубні з'єднання є причиною аварій в нафтових і газових свердловинах. Аналіз показує, якщо свердловини мають протікання по трубним з'єднанням, то це може приводити до викидів і багатьох інших ускладнень в процесі видобутку нафти і газу. Для оцінки стану кріплення різьбових з'єднань обсадних труб на даний час використовуються гідравлічні ключі, оснащені сучасними цифровими моментомірами з комп'ютерною реєстрацією діаграм. За певного значення обертового моменту різьбове з'єднання вважається герметичним відповідно до типорозміру обсадної труби. Для кожного розміру обсадної труби визначено певний діапазон моментів згвинчування. Але це не завжди є підтвердженням герметичності з'єднання тому, що причинами розгерметизації можуть бути перекоси при загвинчуванні, похибки профілю різьби, відхилення по конусності різьб муфти і труби, якість різьбового мастила. Тобто, можливі такі випадки, коли моментомір показує необхідні табличні результати, а герметизація відсутня. Крім цього при реєстрації моменту загвинчування не визначаються дефекти металу муфти: тріщини, надрізи та інші, які можуть привести до розгерметизації колони в свердловині під дією механічних напруг. Тому існує потреба в створенні принципово нової установки і технології контролю якості згвинчування різьбових з'єднань обсадних труб в процесі спуску обсадної колони в свердловину. Найближчим аналогом до запропонованої установки вибрано дефектоскоп, який зазначений в патенті PCT/GB96/01078 (87). Відповідно до патенту PCT/GB96/01078 (87): WO 96/36874 (21.11.1996 Вісник 1996/51) (54), запропонований ультразвуковий дефектоскоп для дефектоскопії стінок або кріпильних пластин на принципі використання ультразвукових хвиль, а саме за допомогою так званих "бокових" хвиль. Дія цієї установки заснована на закономірностях проходження "бокових" хвиль ультразвуку через метал. "Бокові" хвилі розповсюджуються не повздовж об'єкта дефектоскопії, а поперек його. "Бокові" хвилі розповсюджуються під певним кутом до об'єкта дефектоскопії і для різних товщин вимірювання "бокові" хвилі розповсюджуються під різними кутами. При виявлені дефекту хвиля повертається до перетворювача ультразвукових хвиль і вказує на місце розташування дефекту. Названа установка має певні недоліки: в об'єктах контролю (труби, балони, плити) виникають одночасно різні типи ультразвукових коливань (поперечні, повздовжні, поверхневі), що призводить до хаотичних осцилограм на екрані дефектоскопу та ускладнює ідентифікацію реальних дефектів. 1 UA 118658 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 3. Суть корисної моделі Поставлена задача розробити швидкодіючу портативну ультразвукову установку для експрес-контролю різьбових з'єднань муфт і обсадних труб, що не має вищеназваних недоліків, а також дає можливість здійснювати неруйнівний контроль труб по всій довжині, що являє собою альтернативу гідроопресовці труб. Суттю корисної моделі, що виявляється в сукупності суттєвих ознак, достатніх для досягнення корисною моделлю технічного результату є те, що даною установкою в процесі спуску обсадної колони в нафтову чи газову свердловину проводиться дефектоскопія металу муфт та дефектоскопія стану герметичності муфто-різьбових з'єднань. В даній установці використовуються два ефекти і визначаються два параметри: 1. Хвилепровідний ефект розповсюдження ультразвукових коливань по периметру муфти і труби і визначення дефектів суцільності металу типу тріщин, надрізів, пітингів, розшарувань, тощо; 2. Ефект проходження ультразвукового імпульсу через тонкі щілини в металі, тобто через різьбове з'єднання муфти і обсадної труби і визначення так званого "пояска герметизації металметал". Установка забезпечує виявлення дефектів в трубах діаметрами 114-245 мм і в муфтах діаметрами 127-270 мм з товщинами стінок в діапазоні 6-12 мм. Дана портативна дефектоскопічна установка може використовуватись на підприємствах, що виготовляють труби та муфти, трубних базах і складах, дільницях комплектації обсадних колон, на містках і бурових площадках і безпосередньо в процесі спуску обсадної колони в свердловину. Фізичні характеристики установки: Автономне живлення від акумулятора, напруга живлення - 12 В; Робоча температура для експлуатації від -20 до +40 °C; Маса установки до 8 кг. Хвилепровідний ефект розповсюдження ультразвукових коливань вздовж поперечного перерізу муфтового з'єднання чи труби здійснюється спеціальним п'єзоперетворювачем, параметри якого залежать від діаметра, товщини стінки труби, частоти збудження ультразвукових імпульсів. Для контролю стану герметичності різьбового з'єднання "муфтатруба" використовується роздільно-суміщений ультразвуковий п'єзоперетворювач на частоту 5 МГц. Перевага даного методу в тому, що сканування поверхні муфти відбувається тільки вздовж муфти "вверх-вниз", а контролюється весь об'єм муфти (чи труби). Це дає змогу проводити ультразвуковий контроль муфти за 2-3 хв. під час спуску обсадної колони. На фіг. 4 надана осцилограма сигналів, що відображається на екрані при роботі установки, а саме відображення ультразвукових хвиль (20) та виявленого дефекту (21). При скануванні муфти (або труби) на екрані виникають кільцеві імпульси в результаті проходження ультразвукових коливань по периметру труби. Кільцевий імпульс характеризує акустичний контакт і кільцеве прозвучування муфти (труби). Кільцеві імпульси від дефектів відрізняються за такими ознаками: при переміщенні датчика по периметру труби кільцеві імпульси не змінюють свого положення на екрані, а імпульси від дефекту при цьому будуть переміщуватись вздовж розгортки екрана. Пошуковий пристрій, оснащений датчиками положення (шляху), дозволяє визначати точні координати дефектів при контролі обсадної труби по всій довжині. Визначення дільниць натягу різьбових з'єднань, тобто поясків герметизації "метал-метал", базується на закономірностях проходження ультразвукового імпульсу через тонкі щілини. Якщо дві стальні пластини розділені тонкою щілиною, то коефіцієнт проходження (або відбиття) ультразвуку при переході від однієї пластини до другої залежить від величини зазору, частоти ультразвукових коливань, кута падіння ультразвуку на межу розділу пластин і співвідношення хвилевих опорів сталі і речовини, якою заповнена щілина (повітря, масло). На фіг. 5 наведено графік залежності коефіцієнта відбиття Rв ультразвуку від тонкого шару повітря і мастила в сталі (f=2,5 МГц). В ньому перша крива - це відбиття від повітря, а друга крива - це відбиття від мастила. При певній частоті ультразвуку і певній величині зазору коефіцієнт відбиття ультразвуку може бути досить малим (Rв