СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РЕМОНТОПРИГОДНОСТИ ТРУБЫ
METHOD TO DECIDE ON PIPE SERVICEABILITY

Изобретение относится к трубопроводному транспорту, используемому в нефтегазовой промышленности, и может быть применено при обследовании труб со стресс-коррозионными трещинами, по результатам которого определяют ремонтопригодность труб.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ дефектоскопии магистральных трубопроводов на участках, предрасположенных к коррозионному растрескиванию под напряжением, заключающийся во вскрытии трубопровода, удалении изоляционного покрытия с поверхности труб, поиске стресс-коррозионных дефектов и определении их глубины, длины и ширины, отличающийся тем, что после удаления изоляционного покрытия с поверхности труб и перед поиском стресс-коррозионных дефектов определяют участки их поверхности с видимыми отложениями продуктов коррозии, содержащими сидерит, с этих участков удаляют рыхлые отложения продуктов коррозии, поиск стресс-коррозионных дефектов осуществляют вихретоковым или магнитным, или магнитовихретоковым дефектоскопом путем обнаружения и выделения зон, в которых значения показаний используемого дефектоскопа выше среднего значения показаний данного дефектоскопа на бездефектном участке трубы более чем в 2,2 раза, для каждой выделенной зоны определяют точку с максимальным значением показаний используемого дефектоскопа и производят зачистку участка, включающего эту точку, до металла, глубину стресс-коррозионного дефекта определяют путем повторной регистрации максимального значения показаний используемого дефектоскопа на зачищенном участке и сопоставления его со значениями показаний этого же дефектоскопа на эталонных образцах труб с дефектами заданной глубины, а для определения длины и ширины стресс-коррозионного дефекта через точку, соответствующую максимальному значению показаний дефектоскопа, параллельно визуально установленному на зачищенном участке направлению стресс-коррозионных трещин, проводят линию, вдоль которой регистрируют показания используемого дефектоскопа, и в местах ее пересечения с границами выделенной зоны с повышенными показаниями используемого дефектоскопа начинают зачистку поверхности трубы до металла вдоль указанной линии и продолжают ее до появления стресс-коррозионных трещин, определяют в местах появления стресс-коррозионных трещин значения показаний используемого дефектоскопа, зарегистрированные до зачистки, и выбирают из них меньшее, которое используют в качестве критериального значения для ограничения зоны поверхности трубы, внутри которой значения показаний используемого дефектоскопа больше найденного критериального значения, а длину и ширину стресс-коррозионного дефекта определяют путем проецирования ограниченной зоны поверхности трубы на продольную и кольцевую образующие трубы с последующим измерением размеров полученных проекций (см. патент РФ №2245540, кл G01N 27/82, 2005).
Недостатком известного способа является невозможность определения ремонтопригодности труб с дефектами.
Проведенные патентные исследования по фондам патентных документов ведущих стран мира не позволили выявить наиболее близкий аналог данному изобретению ввиду его отсутствия.
Техническим результатом, на который направлено предлагаемое изобретение, является уменьшение количества заменяемых при ремонте труб со стресс-коррозионными трещинами без снижения заданного рабочего давления, за счет определения их ремонтопригодности.
Данный технический результат достигается за счет того, что при проведении измерений с помощью дефектоскопа на участке поверхности трубы со стресс-коррозионными трещинами регистрируют максимальное значение показаний дефектоскопа, при сопоставлении данного значения для участка поверхности обследованной трубы со значениями показаний этого же дефектоскопа на эталонных образцах труб со стресс-коррозионными трещинами заданных глубин определяют значение глубины стресс-коррозионной трещины, для которой получено максимальное значение показания дефектоскопа на участке поверхности обследованной трубы со стресс-коррозионными трещинами, которое принимают в качестве максимальной глубины стресс-коррозионных трещин рассматриваемого участка трубы, измеряют протяженность участка поверхности обследованной трубы со стресс-коррозионными трещинами и определяют длину его продольной проекции, после этого вычисляют значение максимальной глубины стресс-коррозионных трещин на участке поверхности обследованной трубы, при котором сохраняется заданный запас прочности трубы, по формуле:
max
где t - вычисляемое значение максимальной глубины стресс-коррозионных трещин на участке поверхности обследованной трубы, при котором сохраняется заданный запас прочности трубы, м;
δ - толщина стенки трубы, м;
н
R=D/2-δ - внутренний радиус трубы, м;
н
D - наружный диаметр трубы, м;
З
Р - заданное давление разрушения, Па;
σ - напряжение течения, Па;
п
L - длина продольной проекции участка обследованной трубы со стресс-коррозионными трещинами, м,
вычисленное значение максимальной глубины стресс-коррозионных трещин сравнивают со значением максимальной глубины стресс-коррозионных трещин, определенным по показаниям дефектоскопа, и по результатам сравнения принимают решение о ремонтопригодности трубы с последующим ее ремонтом в случае, когда значение определенной по показаниям дефектоскопа максимальной глубины стресс-коррозионных трещин меньше вычисленного значения максимальной глубины стресс-коррозионных трещин, в противном случае регистрируют все проведенные ранее измерения на указанном участке поверхности обследованной трубы, учитывая координаты местонахождения стресс-коррозионных трещин на данном участке, через место нахождения измерения с максимальным показанием дефектоскопа перпендикулярно преимущественному направлению стресс-коррозионных трещин проводят линию, фиксируют показания дефектоскопа в местах ее пересечения со стресс-коррозионными трещинами, далее по указанной линии прорезают канавку, увеличивая ее глубину относительно поверхности обследованной трубы и контролируя при этом исчезновение стресс-коррозионных трещин, пересекаемых вышеуказанной линией, причем исчезновение стресс-коррозионных трещин регистрируют по считываемым показаниям дефектоскопа, а их глубины определяют путем измерения глубин канавки в местах исчезновения стресс-коррозионных трещин, прорезку канавки завершают, когда ее дно становится свободным от стресс-коррозионных трещин, полученные при проведении прорезки канавки глубины стресс-коррозионных трещин, пересеченных отмеченной линией, используют для построения зависимости глубины стресс-коррозионных трещин от значений показаний дефектоскопа, с помощью которой преобразуют значения показаний дефектоскопа в значения глубин стресс-коррозионных трещин, находящихся на рассматриваемом участке поверхности обследованной трубы, и используют полученные данные для вычисления отношения давления разрушения трубы к напряжению течения по следующей формуле:
где Р - давление разрушения трубы, Па;
*
э
P  - безразмерная величина, характеризующая влияние геометрических параметров стресс-коррозионных трещин на давление разрушения трубы и учитывающая значения глубин стресс-коррозионных трещин на рассматриваемом участке поверхности обследованной трубы, принимающая значения от 0 до 1;
δ - толщина стенки трубы, м;
R - внутренний радиус трубы, м;
σ - напряжение течения, соответствующее давлению разрушения трубы, Па,
после этого сравнивают вычисленное значение отношения давления разрушения трубы к напряжению течения с заранее заданным его значением и по результатам сравнения принимают решение о ремонтопригодности трубы с последующим ее ремонтом в случае, когда вычисленное значение отношения давления разрушения трубы к напряжению течения больше его заранее заданного значения, в противном случае принимают решение о замене трубы.
п
3
1
2
3
1
2
1
2
3
1
2
3
Сущность изобретения поясняется фигурами, причем на фигуре 1 показан вид участка 2 поверхности обследованной трубы 1 со стресс-коррозионными трещинами 3, который имеет длину продольной проекции L. На фигурах 2, 3 продемонстрирован ход проведения измерений на рассматриваемом участке 2 поверхности трубы 1 с помощью дефектоскопа, при этом на фиг.2 показан участок 2 поверхности трубы 1 со стресс-коррозионными трещинами 3 и прорезаемой в пределах этого участка по линии 4 канавкой 5, на фиг.3 в увеличенном масштабе изображена прорезаемая канавка 5 и датчик 6, подключенный кабелем (на фигуре не показан) к измерительному блоку дефектоскопа, которым контролируется исчезновение стресс-коррозионных трещин 3 на дне канавки 5. На фигуре 4 изображен пример фиксации значений показаний дефектоскопа, измеренных по линии 4, проведенной через место нахождения измерения с максимальным показанием дефектоскопа П перпендикулярно преимущественному направлению стресс-коррозионных трещин 3. При этом максимумы на графике соответствуют показаниям П, П, П дефектоскопа в местах пересечения линии 4 со стресс-коррозионными трещинами 3. На фигурах 5, 6, 7 в качестве примера показана процедура прорезания канавки 5 по линии 4, пересекающей три стресс-коррозионные трещины 3. Причем на фигуре 5 изображена канавка 5 в момент исчезновения на ее дне первой стресс-коррозионной трещины с глубиной t канавки 5 в месте исчезновения трещины. На фигуре 6 - канавка 5 в момент исчезновения на ее дне второй стресс-коррозионной трещины с глубиной t канавки 5 в месте исчезновения трещины, а на фигуре 7 изображена канавка 5 после исчезновения на ее дне последней стресс-коррозионной трещины и завершения прорезания канавки 5. На фигуре 8 показан пример зависимости глубины стресс-коррозионных трещин от значений показаний дефектоскопа, построенной по точкам, соответствующим показаниям П, П, П дефектоскопа в местах пересечений линии 4 с стресс-коррозионными трещинами 3 (фиг.4), имевшими глубины t, t, t в местах пересечений с линией 4, определенные при прорезании канавки 5 (фиг.5, 6, 7). На фигуре 9 показан пример зависимости значений показаний дефектоскопа вдоль заданной продольной координаты на рассматриваемом участке. На фигуре 10 изображен пример пересчета показаний дефектоскопа, приведенных на фигуре 9, в глубины стресс-коррозионных трещин с помощью зависимости, представленной на фигуре 8.
Способ осуществляется следующим образом.
п
max
По результатам обследования дефектной трубы 1 определяют границы участка 2 поверхности трубы 1 со стресс-коррозионными трещинами 3 (фиг.1). В пределах участка 2 со стресс-коррозионными трещинами 3 регистрируют максимальное значение показаний дефектоскопа. Данное значение для обследованного участка трубы 1 сопоставляют со значениями показаний этого же дефектоскопа на эталонных образцах труб со стресс-коррозионными трещинами заданной глубины и при осуществлении такого сравнения определяют значение максимальной глубины стресс-коррозионной трещины, для которой получено максимальное значение показаний дефектоскопа на рассматриваемом участке 2 обследованной трубы 1 со стресс-коррозионными трещинами 3, которое принимают в качестве максимальной глубины стресс-коррозионных трещин 3 рассматриваемого участка трубы 2. Одновременно с этим измеряют протяженность участка 2 обследованной трубы 1 со стресс-коррозионными трещинами 3 и определяют длину его продольной проекции L. После этого вычисляют значение максимальной глубины t стресс-коррозионных трещин на участке поверхности обследованной трубы, при котором сохраняется заданный запас прочности трубы, по формуле (1). При этом заданное давление разрушения трубы может быть определено путем умножения заданного коэффициента запаса прочности на рабочее давление в трубе, а напряжение течения σ может быть вычислено, например, по формуле:
0,2
где σ - нормативный предел текучести трубной стали, Па;
вp
σ - нормативный предел прочности трубной стали, Па;
пр
P - проектное давление в трубопроводе, Па;
σ
экс
p
τ=τ+τ - время от начала эксплуатации трубы до окончания заданного срока безопасной эксплуатации трубы, годы;
экс
τ - время работы трубы с момента ее ввода в эксплуатацию до момента обследования, годы;
p
τ - заданный срок безопасной эксплуатации трубы, годы.
max
Вычисленное значение максимальной глубины стресс-коррозионных трещин t сравнивают со значением максимальной глубины стресс-коррозионных трещин, определенным по показаниям дефектоскопа. Если значение определенной по показаниям дефектоскопа максимальной глубины стресс-коррозионных трещин меньше вычисленного значения максимальной глубины стресс-коррозионных трещин
max
t, то принимают решение о ремонтопригодности данной трубы, после чего проводят ее ремонт.
В противном случае регистрируют все проведенные ранее измерения на указанном участке 2 обследованной трубы 1, учитывая координаты местонахождения всех выявленных стресс-коррозионных трещин 3 на данном участке 2.
1
2
3
После этого через точку, на которой обнаружено максимальное значение показаний дефектоскопа, перпендикулярно преимущественному направлению стресс-коррозионных трещин 3, находящихся на указанном участке 2, проводят линию 4 (фиг.2). Выделяют из зарегистрированных показаний дефектоскопа показания, измеренные по линии 4 (фиг.4). По линии 4 прорезают канавку 5, увеличивая ее глубину относительно поверхности обследованной трубы 1 и контролируя при этом исчезновение стресс-коррозионных трещин 3, расположенных по вышеуказанной линии 4 (фиг.2, 3). Исчезновение стресс-коррозионных трещин 3 регистрируют по периодически считываемым показаниям дефектоскопа, оснащенного датчиком 6 (фиг.3). После исчезновения каждой из стресс-коррозионных трещин измеряют глубины t, t, t канавки 5 в месте нахождения соответствующей стресс-коррозионной трещины (фиг.5, 6, 7).
1
2
3
1
2
3
Полученные данные в значениях показания П, П, П дефектоскопа (фиг.4) и соответствующих им глубинах t, t, t стресс-коррозионных трещин 3 (фиг.5, 6, 7), находящихся на отмеченной линии 4, используют для построения зависимости глубины стресс-коррозионных трещин 3 от значений показаний дефектоскопа (фиг.8), с помощью которой с учетом координат местонахождений стресс-коррозионных трещин 3 участка 2 преобразуют значения показаний дефектоскопа в значения глубин стресс-коррозионных трещин 3.
С достаточной для практических целей точностью необходимые прочностные расчеты могут быть проведены с использованием проекции стресс-коррозионных трещин на продольную ортогональную плоскость. Для получения указанной проекции регистрируют максимальные показания дефектоскопа по линиям с одинаковой продольной координатой, получая при этом зависимость указанных показаний дефектоскопа от продольной координаты (фиг.9), по которой с использованием зависимости глубины стресс-коррозионных трещин от показаний дефектоскопа (фиг.8) вычисляют проекцию стресс-коррозионных трещин на продольную ортогональную плоскость (фиг.10).
э
k
*
*
С использованием полученной проекции (фиг.10) вычисляют отношение давления разрушения трубы к напряжению течения по формуле (2). При этом значение величины P  можно определить по методике, приведенной, например, в Инструкции по обследованию и ремонту газопроводов, подверженных КРН, в шурфах, ВРД 39-1.10-023-2001 - М.: ИРЦ Газпром, 2001, с.7-8. В рамках данной методики проекцию стресс-коррозионных трещин на рассматриваемой области трубы (фиг.10) разбивают на участки, ограниченные точками, в которых были определены глубины трещин. В пределах указанной проекции может быть выделено конечное число К ее частей, каждая из которых образует непрерывную последовательность таких участков. В результате процедуры, заключающейся в расчете величины Р  для всех возможных частей проекции стресс-коррозионных трещин, определяют эффективную часть (на фиг.10 показана пунктирной линией), для которой выполняется соотношение
k
*
где Р  - безразмерная величина, характеризующая влияние геометрических параметров k-й части дефектной области на расчетное давление разрушения трубы;
k
А - площадь рассматриваемой части проекции стресс-коррозионных трещин
k - номер рассматриваемой части проекции стресс-коррозионных трещин, k=1, 2, 3, …, К-1, К;
К - число возможных вариантов выделения части проекции стресс-коррозионных трещин;
1
2
1
2
n, n - номера первого и последнего участков проекции стресс-коррозионных трещин в пределах рассматриваемой k-й части проекции стресс-коррозионных трещин, n=1, 2, 3, …, N, n=1, 2, 3, …, N;
N - число участков разбиения проекции стресс-коррозионных трещин, N=I-1;
I - число точек определения глубины проекции стресс-коррозионныох трещин;
j
1
1
2
2
L - длина j-го участка проекции стресс-коррозионных трещин, j=n, n+1, …, n-1, n;
i
x - продольная координата i точки определения глубины стресс-коррозионных трещин на проекции
i
t - значение глубины стресс-коррозионных трещин на проекции в i-й точке;
0k
A - первоначальная (до растрескивания) площадь продольного сечения стенки трубы по длине рассматриваемой k-й части проекции стресс-коррозионных трещин
k
M - коэффициент Фолиаса, рассчитанный для длины рассматриваемой части проекции стресс-коррозионных трещин.
З
p
Заранее заданное значение отношения давления разрушения к напряжению течения может быть рассчитано по заданным значениям давления разрушения Р и срока безопасной эксплуатации трубы τ с использованием, например, формулы (3).
Сравнивают вычисленное по формулам (2, 4-8) значение отношения давления разрушения трубы напряжению течения с заранее заданным значением этого отношения и по результатам сравнения, если вычисленное значение указанного отношения больше заранее заданного значения, принимают решение о проведении ремонта обследованной трубы, в противном случае принимают решение о ее замене.
Использование данного изобретения позволяет уменьшить количество заменяемых при ремонте труб со стресс-коррозионными трещинами без снижения заданного рабочего давления за счет определения их ремонтопригодности.