Технологическое повышение коррозионной стойкости резьб насосно-компрессорных труб тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.07, кандидат технических наук Прокофьев, Алексей Александрович

• Прокофьев, Алексей Александрович
• кандидат технических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат технических наук Прокофьев, Алексей Александрович

Введение

Глава

Анализ состояния проблемы обеспечения коррозионной стойкости резьбовых соединений НКТ

1.1 Резьбовые соединения НКТ

1.2 Герметичность и коррозия резьб НКТ

1.3 Влияние качества поверхностного слоя деталей на их коррозионную стойкость

1.4 Влияние металлических покрытий на коррозионную стойкость изделий

1.5 Цинковые покрытия

1.6 Влияние лакокрасочных и полимерных покрытий на коррозионную стойкость изделий

Глава

Методология проведения исследований

2.1 Общая структура и методы исследований

2.2 Объекты исследований

2.3 Условия обработки образцов и натурных деталей

2.4 Методы исследования коррозионной стойкости

2.5 Исследование микротвердости

2.6 Измерение радиусов скругления режущей кромки пластинки

Глава 3.

Исследования влияния условий обработки на упрочнение и коррозионную стойкость образцов

3.1 Теоретические предпосылки к экспериментальным исследованиям влияния лезвийной обработки на коррозионную стойкость

3.2 Экспериментальное исследование коэффициента упрочнения от условий лезвийной обработки.

3.3 Исследование износа режущей кромки пластины от пути резания.

3.4 Экспериментальное исследование влияния методов получения резьбы на скорость протекания коррозии

Глава 4.

Повышение коррозионной стойкости НКТ на примере НКТ <160мм

4.1 Изделия для натурных испытаний

4.2 Методы и условия механической обработки резьб НКТ.

4.3. Методы и условия термодиффузионного цинкования.

4.4. Методы и условия коррозионных испытаний образцов. 79 4.5 Результаты экспериментальных исследований

Глава 5.

Реализация результатов исследований и расчет экономического эффекта.

5.1 Обеспечение требуемой коррозионной стойкости резьб НКТ.

5.2 Расчет экономического эффекта

Общие результаты и выводы

Список используемой литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Технологическое повышение коррозионной стойкости резьб насосно-компрессорных труб»

Актуальность темы исследования:

В диссертации рассматриваются вопросы, связанные с решением задачи технологического обеспечения коррозионной стойкости резьб насосно-компрессорных труб.

Выбор данной темы обусловлен, тем что несмотря на существование большого числа различных методов обеспечения коррозионной стойкости НКТ при их изготовлении, отсутствует целостная методика рационального выбора метода обеспечения требуемой коррозионной стойкости изделий с учетом их себестоимости, что неизбежно приводит к неоправданно большим экономическим потерям из-за коррозии при их.

По данным промысловой статистики, доступным на сегодняшний день, количество аварий с НКТ в ряде случаев достигает 80 процентов от общего числа аварий скважинного оборудования. При этом затраты на ликвидацию неблагоприятных последствий коррозионных разрушений составляют до 30 процентов от затрат на добычу нефти и газа[1, 6, 63].

В большинстве случаев «доминирующими» - порядка 50 процентов, являются отказы НКТ, связанные с отказом резьбовых соединений. По данным Американского нефтяного института (АР1) по причине разрушения резьбовых соединений количество аварий НКТ составляет 55 процентов. Это свидетельствует об актуальности проблемы повышения коррозионной стойкости резьб НКТ. Было установлено, что долговечность НКТ определяется герметичностью, которая в свою очередь определяется коррозионной стойкостью.

Все это говорит об актуальности задачи повышения коррозионной стойкости резьб насосно-компрессорных труб.

Состояние и степень разработанности проблемы:

Изучением вопроса коррозии и технологии защиты от нее занималась большая группа советских (Т.В. Акимов, Я.М. Колотыркин, В.И. Похмурский, П.Т. Коломыцев, О.Н. Федонин, М.А. Шлугер, П.А. Акольязин, Ю.Н. Михайловский) и зарубежных ученых (Г. Улиг, Р. Реви, Г. Кеше, М. Фонтан, Р. Стейл). Проблем коррозии в машиностроении касались также в своих работах такие советские ученые как А.Г. Суслов, Ю.Г. Шнейдер. Ими накоплен большой объем теоретических и экспериментальных данных в данной области.

Изучением вопроса технологии изготовления резьб - работы Кузнецова В.П., Киричека A.B., Биргера И.А., Ланщикова A.B., Матвеева В.В., Меныиакова В.М. , Петрикова В.Г. , Стешкова А.Е. , Фрумина Ю.Л. , Якухина В.Г., Ямникова A.C.

Цель работы: повысить срок службы резьбовых соединений насосно-компрессорных труб за счет повышения коррозионной стойкости их резьб.

Задачи диссертационной работы:

1. Исследовать влияние глубины резания и радиуса скругления режущей кромки на коэффициент упрочнения поверхностного слоя при чистовой нарезке резьбы.

2. Установить радиус скругления режущей кромки резцов при чистовой нарезке резьбы, обеспечивающий наименьший коэффициент упрочнения и определить его изменение при эксплуатации.

3. Установить влияния различных методов обработки резьб на коррозионную стойкость.

4. Определить наиболее приемлемый метод нанесения покрытий на резьбы НКТ, позволяющий повысить их коррозионную стойкость.

5. Установить взаимосвязь коррозионной стойкости резьб НКТ с режимами их чистового нарезания и термодиффузионного цинкования. 4

6. Определить наиболее приемлемые условия чистового точения резьб НКТ и их термодиффузионного цинкования, обеспечивающие их коррозионную стойкость.

7. Дать технологические рекомендации для повышения коррозионной стойкости резьбы НКТ при ее изготовлении и реализовать некоторые полученные результаты.

Объект исследования: резьбовые соединения насосно-компрессорных труб.

Предмет исследования: технологические методы повышения коррозионной стойкости резьб НКТ.

Методологические основы исследования:

Экспериментальные исследования базируются на современных методах математической статистики, математических методах обработки экспериментальных данных, теории планирования экспериментов и широком применении ЭВМ.

При выполнении работы применялись современные методы оценки характеристик процессов механической обработки, параметров качества поверхностных слоев деталей, а также показателей, характеризующих коррозионную стойкость деталей.

Положения, выносимые на защиту:

1. Научно техническое решение задачи повышения коррозионной стойкости резьб НКТ из конструкционных сталей за счет оптимизации условий чистовой лезвийной обработки резьб и их термодиффузионного цинкования.

2. Методологический подход, позволяющий научно-обоснованно подойти к выбору метода обеспечения коррозионной стойкости, 5 нормированию параметров качества поверхностного слоя и условий обработки исходя из условия обеспечения требуемой коррозионной стойкости НКТ с наименьшей себестоимостью изготовления.

3. У становление требуемой глубины резания при чистовом рабочем ходе нарезаемой резьбы и условий термодиффузионного цинкования, обеспечивающих повышение коррозионной стойкости резьб НКТ.

Научная новизна:

1. Впервые теоретически и экспериментально установлено, что основное влияние на упрочнение поверхности при чистовом точении оказывает влияние соотношения радиуса скругления режущей кромки и глубины резания.

2. Впервые установлена минимально допустимая глубина чистового точения деталей, обусловленная радиусом скругления режущей кромки, обеспечивающая повышение коррозионной стойкости обрабатываемой поверхности. Так при чистовом точении деталей из углеродистых сталей эта глубина должна быть 1> 0,8р.

3. Впервые получена зависимость коррозионной стойкости резьбы НКТ от режимов термодиффузионного цинкования с учетом режимов предшествующей лезвийной обработки.

Практическая значимость:

1. На основе выработанных положений разработана методика и алгоритмы для технологического обеспечения и повышения требуемой коррозионной стойкости резьб насосно-компрессорных труб.

2. Разработаны нормативно-справочные данные для реализации предложенной методики обеспечения требуемой коррозионной стойкости резьб насосно-компрессорных труб.

3. Разработанные рекомендации по ТДЦ позволили повысить долговечность резьбы НКТ 060 в 3 раза, т.е. увеличить срок их службы с 2-х до 6-и лет.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация в машиностроении», Прокофьев, Алексей Александрович

Выводы:

1. Проведенные экспериментальные исследования позволили разработать методику повышения долговечности резьбовых соединений НКТ (из-за повышения коррозионной стойкости резьбовых соединений).

2. Проведенные натурные испытания подтверждают теоретические положения о зависимости защитных свойств термодиффузионных покрытий от качества поверхностного слоя материала подложки.

3. Использование результатов исследований позволяет обеспечить оптимальную долговечность резьбовых соединений НКТ, и, как следствие, все насосно-компрессорной колонны в целом т.к. в большинстве случаев

91 доминирующими» - порядка 50 процентов, являются отказы НКТ, связанные с резьбовым соединением. Что, в свою очередь, позволяет достигнуть положительного экономического эффекта.

Глава 5. Реализация результатов исследований и расчет экономического эффекта

5.1 Обеспечение требуемой коррозионной стойкости резьб НКТ.

Для повышения коррозионной стойкости резьб НКТ. как было установлено ранее, необходимо избегать глубин резания последнего чистового хода меньших радиуса скругления режущей кромки резца. Таким образом необходимо рассчитать количество труб, резьбы которых нарезаются 1 резцом. Как было установлено ранее, допустимый путь резания составляет 600 метров, таким образом:

N=600/111 *я*ё*п (5.1)

Где N - количество; п1 - число витков;

1 - диаметр обрабатываемой трубы; п — кол-во проходов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Прокофьев, Алексей Александрович, 2013 год

1. Антикоррозионная защита муфт НКТ и деталей трубопроводов Автор: Олег Мулюков ТехСовет, № 2 (66) от 26 марта 2009, в рубрике: Нефтегазовый комплекс.

2. Агапчев В.И., Виноградов Д.А., Абдуллин В.М. Трубопроводные системы из композиционных материалов в нефтегазовом строительстве. -Нефть и газ, №5, 2003г.

3. Акимов Г. В., Основы учения о коррозии и защите металлов, М., 1946;

4. Акользин А.П. Противокоррозионная защита стали пенкообразователями.- М.: Металлургия, 1989.-192с.

5. Амиров А.Д.: Справочная книга по текущему и капитальному ремонту нефтяных и газовых скважин. 1979, 312с.

6. Антикоррозионная защита муфт НКТ и деталей трубопроводов, Олег Мулюков

7. ТехСовет, № 2 (66) от 26 марта 2009, в рубрике: Нефтегазовый комплекс.

8. Артемова Н.Е. Обеспечение качества поверхностного слоя деталей резьбовых соединений.// Известия Вузов. Поволжский регион.-2007.-№4.-С.З-8.

9. Безъязычный В.Ф., Лобанов A.B. Технологическое обеспечение обработки деталей на станках с ЧПУ. Рыбинск: изд-во Рыбин. Авиационного техн. ин-та, 1994. - 89с.

10. Безъязычный В.Ф. Влияние качества поверхностного слоя после механической обработки на эксплуатационные свойства деталей машин // Инженерия поверхности. Приложение. Справочник. Инженерный журнал. 2001. №4, С.9

11. Биргер И.А. и др. Расчеты на прочность деталей машин: Справочник. М.: Машиностроение, 1993. - 640с.

12. Биргер И.А., Иосилевич Г.Б. Резьбовые и фланцевые соединения. М.: Машиностроение, 1990. - 368с.

13. Буровое оборудование: Справочник: в 2-х т. Том 2. 2003г.

14. Бялобжеский А. В., Радиационная коррозия, М., 1967.

15. Все о буровом инструменте. Справочник каталог выпуски 1-14, 2000г.

16. Вырыпаев В.Н. Коррозия металлов. Изд-во ЛГУ, 1972.-90с.

17. Герасимов В.В. Прогнозирование коррозии металлов.- М.: Металлургия, 1969.- 152 с.

18. Григорьев В.П. Электрохимическая коррозия металлов., 2000, ХИМИЯ.

19. ГОСТ 5272-68 «Коррозия металлов. Термины».

20. ГОСТ 633-80. «Трубы насосно-компрессорные и муфты к ним».

21. Журнал «Национальная металлургия» июль-август 2007г, Статья Е. Проскурин, к.т.н., JI. Логунова, к.э.н., ГП «Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт трубной промышленности им. Я. Е. Осады».

22. Коррозия и борьба с ней. Введение в коррозийную науку и технику. Г.Г.Углих, Р.У. Реви. Ленинград, Химия 1989г.

23. Дятлова В.Н. Коррозионная стойкость металлов и сплавов: Справ.- 2-е изд. перераб. и доп.- М.: Машиностроение, 1964.- 350с

24. Евсеев Д.Г. Формирование свойств поверхностного слоя при абразивной обработке. Саратов: СГУ, 1975. 128с.

25. Екобори Т. Физика и механика разрушения и прочности твердых тел: Пер. с англ. /Под ред. B.C. Иваовой.- М.: Металлургия, 1971.

26. Защита трубопроводов при помощи стеклоэмалевых покрытий. Карина Кулик3 (77) от 31 марта 2010, в рубрике: Нефтегазовый комплекс.

27. Защита от коррозии, старения и биоповреждений машин, оборудования и сооружений. Под редакцией Герасименко A.A. Справочник в 2т.М. Машиностроение.

28. Зрунек М. Противокоррозионная защита металлических конструкций. Пер. с чешек. Левина Л.М. /Под ред. Герасименко A.A. -М.: Машиностроение, 1984.- 196с

29. А. Игнатов. «Лазерно-плазменное нанесение покрытий на резьбы насосно-компрессорных труб». «Фотоника», 2008, № 3, с.36-37.

30. Ильичев В. Д. Биологические повреждения. — Газета «Биология», № 9, 2003.

31. Имбрицкий М.И. Краткий справочник по трубопроводам и арматуре: 2-е изд. перераб. и допол. М.: Энергия, 1969.- 352с.

32. Иогансен К.В. Спутник буровика: Справочник М.: Недра, 1990.

33. Ингибиторы коррозии: Сб. ст. /Под. ред. И.Л. Розенфельда.- Тула: изд-во ТПИ, 1970.- 152с.

34. Ингибиторы коррозии металлов в кислых средах / Е.С. Иванов, М.: Металлургия, 1986. - 176с.

35. ИНСТРУКЦИЯ ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫХ ТРУБ. РД39-0147014-217-86

36. Исаев А.И. Процесс образования поверхностного слоя при обработке металлов резанием.- М.: Машгиз, 1950.- 240с.

37. Качество машин: Справочник. В 2-х т. Т1/ А.Г. Суслов и др. М.: Машиностроение, 1995.-256с.

38. Качество машин: Справочник. В 2-х т. Т2/ А.Г. Суслов и др. М.: Машиностроение, 1995.-430с.

39. Ковенский И.М. Испытания гальванических покрытий: Справ, изд./ М.М. Ковенский, В.В. Поветкиню- М.: Интермет инжиниринг, 2001.- 135с.

40. Колорыткин Я.М. Успехи и задачи развития теории коррозии //Защита металлов.- 1980.- №6.- С.660-672.

41. Коррозия и защита конструкционных сплавов. /Под ред. Голубева А.И. -М.: Наука, 1966.

42. Коррозия. Справ. Издание под ред. Л.Л. Шрайера. Пер. С англ М: «Металлургия», 1981.

43. Коррозия металлов под напряжением и способы защиты.- СССР. Мин.Тяж. Маш. ЦНИИТМАШ Машгиз, 1950.

44. Коррозия и защита от коррозии. Коррозия металлов в промышленности. Пер. с нем. /Под ред. H.H. Милютина.- М.: Химия, 1976.

45. Кузнецов Н.Д. и др. Технологические методы повышения надежности деталей машин: Справочник. М.: Машиностроение, 1993. - 304с.

46. Кудрявцев Н.Т. Электролитические покрытия металлами. М. «Химия». 1979г.

47. Лайнер В.И. Защитные покрытия металлов.- М.: Металлургия, 1974.- 559с.

48. ЛАБУНСКИИ А. Холодная оцинковка — против коррозии.

49. Журнал "Тракторы и сельскохозяйственные машины", 2004 год, № 12.

50. Люблинский Е.Я. Что нужно знать о коррозии.- Л.: Лениздат, 1980.-191с.

51. Маталин A.A. Технология машиностроения.- Л.: Машиностроение, 1985.- 496с.

52. Маталин A.A. Технологические методы повышения долговечности деталей машин. Киев, 1971. 144с.

53. Марочник сталей и сплавов /Сорокин В.Г., Волосникова A.B., Вяткин С.А. и др. /Под ред. Сорокина В.Г. -М.: Машиностроение, 1989.-640с.

54. Маттсон Э. Электрохимическая коррозия: Пер. со швед. /Под ред. Я.М. Колотыркина.- М.: Металлургия, 1991.- 157с.

55. Окулов В.В. «Цинкование. Техника и технология». М.: Глобус, 2008. -252 с.

56. Окулов И.Б., Шубин Б.М. «Гальванические покрытия». М.:-Свердловск, ГНТИМЛ. - 1962. - 176 с.

57. Пермяков Н.Г., Агапчев В.И. Применение пластмассовых труб на нефтепромыслах. -М.: Нефтяное хозяйство, №9, 1995.

58. Пистун И.П., Куслицкий Л.Б., Старчак В.Г. Влияние вибрационнойобработки на повышение сопротивления высокопрочной сталивоздействию водорода //Защита металлов.- 1976.- №5,- С619-620.101

59. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. Ю.П.Адлер, Е.В. Маркова, Ю.В.Грановский. М.:Наука 1976г.,-278с.

60. Покрытия и обработка поверхности для защиты от коррозии и износа. Сборник статей. Под ред. К.Н.Страффорда и др. М.¡Металлургия 1991г., 239с.

61. Похмурский В.И. Коррозионная усталость металлов.- М.: Машиностроение, 1985.

62. Покрытия и обработка поверхности для защиты от коррозии и износа: Сб. ст.: Пер. с англ. /Под ред. С.Н. Страффорда.- М.: Металлургия, 1991

63. Применение ультразвукового поля для повышения ресурса резьбового соединения НКТ. Галеев A.C., Миндиярова Н.И. ГОУ ВПО АГНИ

64. Продан В.Д. Техника герметизация разъемных неподвижных соединение М: Машиностроение, 1991.- 160с.63. «Продление жизни насосно-компрессорных труб». Олег Никитин, № 3 (45) от 15 марта 2007, в рубрике нефтегазовый комплекс.

65. Ревенко В.Г., Алексеева Г.Р., Степанов Н.Ф. Влияние вибронакатывания с нанесением регулярного микрорельефа на коррозионную стойкость стали 10 и электролитических покрытий// Коррозия и защита металлов: Сб. ст.- ИНФАН Молдова, Кишинев, Штиинца, 1992.

66. РД 39-136-95 Инструкция по эксплуатации насосно-компрессорных труб.

67. Рыжов Э.В., Суслов А.Г., Федоров В.П. Технологическое обеспечение эксплуатационных свойств деталей машин.- М.: Машиностроение, 1979.

68. Сароян А.Е.: Эксплуатация колонн насосно-компрессорных труб, 1985, 217с.

69. Семенова И.В., Флорианович Г.М., Хорошилов A.B. «Коррозия и защита от коррозии» / Под ред. И.В. Семеновой М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002. - 336 с.

70. Скорчеллетти В.В. Теоретические основы коррозии металлов. Л.: Химия, 1973.-263 с.

71. Солнцев С.С. Защитные технологические покрытия и тугоплавкие эмали. -М.: Машиностроение, 1984.-256 с.

72. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т./Под ред. A.M. Дальского, А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерякова, А.Г. Суслова.-5-e изд., перераб. и доп.-М.:Машиностроение.-Т. 1,2001.-912с.

73. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т./Под ред. A.M. Дальского, А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерякова, А.Г. Суслова.-5-e изд., перераб. и доп.-М.:Машиностроение.-Т.2,2001.-905с.

74. Сулима A.M., Шулов В.А., Ягодкин Ю.Д. Поверхностный слой и эксплуатационные свойства деталей машин. М.: Машиностроение, 1988.-240 с.

75. Суслов А.Г. Качество поверхностного слоя деталей машин. М.: Машиностроение, 2000.-318с.

76. Суслов А.Г., Дальский A.M. Научные основы технологии машиностроения. М.: Машиностроение, 2002.-684с.

77. Суслов А.Г., Прокофьев А.Н., Лексиков В.П. Повышение надежности и долговечности резьбовых соединений. // Тезисы докл. научно-техн. конф. -Самара. 1996.-С.84.

78. Суслов А.Г., Федоров В.П., Горленко O.A. и др. Технологическое обеспечение и повышение эксплуатационных свойств деталей и их соединений/ Под общ. Ред. А.Г. Суслова.-М.: Машиностроение, 2006.-448с.

79. Теория инженерного эксперимента: Учеб. Пособие/ Г.М.Тимошенко, П.Ф.Зима.-К.:УМК ВО, 1991.- 124с.

80. Теория пластических деформаций металлов. Униксов Е.П., Джонсон У., Колмогоров B.JI. и др. -М.: Машиностроение, 1983.-598 с.

81. Коленко Е.А. Технология лабораторного эксперимента: Справ.- СПБ: Политехника, 1994.-751с.

82. Технологическая наследственность в машиностроительном производстве / A.M. Дальский, Б.М. Базров, А.С. Васильев и др.; под ред. A.M. Дальского. М.: Изд-во МАИ, 2003. -364с.

83. Томашов Н. Д., Теория коррозии и защита металлов, М., 1959;

84. Улиг Г.Г., Реви Р.У. Коррозия и борьба с ней. Введение в коррозионную науку и технику: Пер. с англ./ Под ред. A.M. Сухотина. Л.: Химия, 1989.-456 с

85. Федонин О.Н. Инженерия поверхности детали с позиции ее коррозионной стойкости// Справочник. Инженерный журнал. Приложение.-2001.-№ 10.-С. 17-19.

86. Федонин О.Н. Оптимизация процесса лезвийной обработки// Прогрессивные технологии в машиностроении: межвуз. сб. науч. тр./ Под ред. В.М. Оробинского. Волгоград, Политехник, 1999.- С. 121-125.

87. Цинкование НКТ и муфт. Статья ООО «ПРОМИННТЕХ». http://www.promintech.ru

88. Чеботаревский В.В., Кондратов Э.К. Технология лакокрасочных покрытий в машиностроении. М.: Машиностроение, 1978. - 295 с.

89. Шнейдер Ю.Г. Нормирование и контроль качества поверхности деталей машин. Л.: Металлургия, 1969.

90. Шнейдер Ю.Г. Эксплуатационные свойства деталей с регулярным микрорельефом. М.: Машиностроение, 1982.-248 с.

91. Шнейдер Ю.Г. Технология финишной обработки давлением: Справочник. СПб.: Политехника, 1998. -414с.

92. Эванс Ю. Р., Коррозия и окисление металлов, пер. с англ., М., 1962; 21) Розенфельд И. Д., Атмосферная коррозия металлов, М., 1960.

93. Яковлев А.Д., Здор В.Ф., Каплан В.И. Порошковые полимерные материалы и покрытия на их основе. Л.: Химия, 1979.-256 с.

94. Якухин В.Г., Ставров В.А. Изготовление резьбы: Справочник. М.: Машиностроение, 1989. - 192с.

95. Якушев А.И., Мустаев Р.Х., Мавлютов P.P. Повышение прочности и надежности резьбовых соединений. М.: Машиностроение, 1979. - 215с.

96. Ящерицын П.И., Рыжов Э.В., Аверченков В.И. Технологическая наследственность в машиностроении. Минск: Наука и техника, 1977. -256с.

97. Ямников A.C. Управление качеством финишных методов обработки: Сб. научн. трудов/ Пермь, 1996. 327с.

98. Ямников A.C., Семин В.В. Управление качеством сборки резьбовых замковых соединений// Исследование, конструирование и расчет резьбовых соединений. Саратов: изд-во Саратовского ун-та, 1980. -С.106-110.

99. API RP 5CI Эксплуатация и обслуживание обсадных и насосно-компрессорных труб. Руководящие указания. 1999г.

100. Application Notes Metallographic preparation of zinc coatings. Elisabeth Weidmann, Struers A/S, Copenhagen.