О диагностике фонтанной арматуры

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

О диагностике фонтанной арматуры Любимов А. Н.1, Кочетов Д. М.

1 Любимов Алексей Николаевич /Ljubimov Aleksej Nikolaevich - эксперт по промышленной

безопасности;

2Кочетов Денис Михайлович / Kochetov Denis Mihajlovich - эксперт по промышленной

безопасности,

ООО «Югорское отделение экспертизы», г. Нижневартовск

Аннотация: ответственность фонтанной арматуры в технологическом процессе добычи углеводородов обусловлена совокупностью функций, надежное исполнение которых способствует непрерывности технологических процессов по отключению, распределению, регулированию, сбросу рабочих сред через изменение площади проходного сечения. Важным элементом в системе обеспечения безопасной эксплуатации фонтанной арматуры является проведение экспертизы промышленной безопасности.

Ключевые слова: экспертиза промышленной безопасности, системы газо- и нефтетранспортных коммуникаций, фонтанная арматура, определение остаточного ресурса, неразрушающий контроль.

Ответственность арматуры как узла обусловлена совокупностью функций, надежное исполнение которых способствует непрерывности технологических процессов по распределению, регулированию, сбросу рабочих сред через изменение площади проходного сечения. Классификация арматуры весьма разнообразна, что подчеркивает важность и многообразие задач, решаемых с помощью данного технического устройства.

Виды арматуры по функциональному назначению представляют собой: 1) запорную арматуру (в том числе спускную (дренажную) и контрольную); 2) регулирующую арматуру (в том числе редукционную (дроссельную) и запорнорегулирующую); 3) защитную (отключающую, отсечную) арматуру (в том числе обратную арматуру); 4) предохранительную арматуру; 5) распределительно-смесительную арматуру; 6) фазоразделительную арматуру (в том числе конденсатоотводчик).

В нефтедобывающей промышленности невозможно обойтись без такого специального рабочего элемента, как арматура устьевая (фонтанная).

Фонтанная арматура предназначена для герметизации устья, контроля и регулирования режима эксплуатации скважин (эксплуатационных и нагнетательных) и представлена разнообразными соединительными и запорными устройствами, тройниками и крестовинами. Фланцевое соединение при монтаже арматуры уплотняется путем прокладывания металлических прокладок в виде колец из стали с низким содержанием углерода. Кольца вкладываются в специальные выемки во фланцах, после чего фланцы стягиваются между собой болтами.

С помощью фонтанной арматуры решаются задачи: удержания на весу колонны НКТ, спущенной в скважину; герметизации устья (герметизация затрубных пространств и их взаимная изоляция) и его обвязки; регулирования режима эксплуатации скважин; установки и присоединения устройств и агрегатов для исследования скважин и проведения технологических операций.

Устьевая арматура выбирается по специальным рабочим характеристикам. Важным преимуществом устьевой арматуры является то, что многие рабочие элементы данного устройства могут быть заменены. Это очень важно, поскольку не нарушается производственный цикл, что имеет большое значение для всех

4

нефтедобывающих работ. Отказы, а тем более разрушение фонтанной арматуры, приводят не только к нарушению эксплуатации скважины, но и к авариям, открытому фонтанированию.

Поэтому обеспечение безопасной эксплуатации фонтанной арматуры в системе скважин больших глубин (при аномальных пластовых давлениях и дебитах от нескольких сот до тысяч кубометров в сутки нефти и миллионов кубометров в сутки газа, с большим содержанием абразива и агрессивных компонентов с высокими температурами), превращается в задачу большой научной, инженерной и производственной сложности.

Важным элементом обеспечения безопасной эксплуатации фонтанной арматуры является определение остаточного ресурса.

Комплекс работ по диагностированию и оценке остаточного ресурса арматуры должен включать [1]: 1) анализ технической документации; 2) визуальный контроль сварных швов и поверхностей деталей и сборочных единиц; 3) измерительный контроль; 4) исследование химического состава и физико-механических свойств металла деталей (по необходимости); 5) проверку прочности расчетом; 6) испытания на прочность и герметичность; 7) дефектоскопию сварных швов и основного металла с использованием неразрушающих методов; 8) толщинометрию основных деталей и сборочных единиц; 9) анализ полученных данных; 10) оценку технического состояния и определение основных повреждающих факторов; 11) оценку остаточного ресурса и возможности дальнейшей эксплуатации; 12) выдачу заключения.

Начинается диагностика с визуального контроля [2]. При этом необходимо особое внимание обратить на наличие следующих дефектов, влияющих на работоспособность и эксплуатационную пригодность арматуры и представляющих возможную опасность последующего разрушения: 1) трещин в основном металле; 2) трещин в металле сварных швов и околошовной зоны; 3) мест с возможными трещинами; внешними признаками наличия трещин могут являться подтеки ржавчины, выходящие на поверхность металла, шелушение краски; 4) местных механических повреждений (разрывы, вырубки, изломы, вмятины); 5) расслоений основного металла; 6) закатов основного металла; 7) местных коррозийных повреждений и дефектов антикоррозийной защиты; 8) дефектов сварных швов; 9) подтеков металла; 10) дефектов резьбы; 11) изменений геометрических форм деталей.

Посредством внутреннего осмотра выявляют наличие недопустимых дефектов на внутренней поверхности деталей и сборочных единиц арматуры. При внутреннем осмотре необходимо особо обратить внимание на состояние мест расположения: 1) зон входных и выходных штуцеров; 2) зон изменения направления потоков жидкости; 3) застойных зон; 4) зон, ранее подвергшихся ремонту.

Далее следуют этапы неразрушающего контроля (НК) [3]. Неразрушающие методы контроля, которые необходимо использовать, представлены следующим перечнем: 1) капиллярный; 2) магнитопорошковый; 3) магнитной памяти металла; 4) ультразвуковая дефектоскопия; 5) ультразвуковая толщинометрия; 6) твердометрия; 7) акустико-эмиссионный; 8) радиографический; 9) металлографический; 10) другие методы.

Полное обследование фонтанной арматуры проводится по истечении нормативного срока службы, который составляет 9 лет. В условиях эксплуатации НК фонтанной арматуры необходимо производить один раз в 3,5 года. НК фонтанной арматуры может выполняться как в стационарных, так и в полевых условиях. При НК фонтанной арматуры выявляются различные поверхностные и внутренние дефекты: трещины в опасных сечениях фланцев, расслоения металла, рыхлости, раковины и другие нарушения сплошности металла деталей.

Например, для контроля деталей ультразвуковым методом применяют дефектоскопы ультразвуковые типа УД2-12, УД-13П, УД2В-П фирмы «Прибор»; УД4-7 фирмы «Votum»; «СКАРУЧ», «УИУ-СКАНЕР» фирмы «Алтес»; УД2-102

5

фирмы «Алтек»; А1212 фирмы «Спектр»; УД-09 фирмы «Политест»; USL-48, USN-50, USK-75 фирмы «Panametrics» и др., толщиномеры УТ-65М, УТ-1Б, УТ-20, УТ-30Ц, «КВАРЦ», УТ-93П, «БУЛАТ-IS», DMS, DM-2E, DME-DL, 26DL, 30DL, 26MG, 26MG-XT, «СКАТ-4000», УД-11ПУ и др.

Наиболее распространенными предельными состояниями арматуры, по данным проведенных экспертиз, являются: 1) отсутствие герметичности по отношению к внешней среде (износ сальниковых узлов и сильфонных уплотнений); 2) изменение свойств материалов конструкции, определяющих ее прочность и плотность; 3) нарушение герметичности в затворе.

Своевременная замена имеющей утечку (неисправной) арматуры, находящейся в эксплуатации, снижает риск возникновения отказов и способствует защите окружающей среды [4]. Утечки арматуры, происходящие во внешнюю среду, могут быть выявлены при ее наружном осмотре по следам обмерзания корпуса, потекам, шуму и загазованности вблизи арматуры. Утечки же в затворе арматуры не имеют внешних признаков, но их можно выявить по акустическому сигналу, который, в большинстве случаев, сопровождает утечку. Для обнаружения акустического сигнала утечки и нахождения неисправной арматуры в настоящее время предлагаются также одноканальные акустические течеискатели. Однако поиск неисправной арматуры в условиях действующего производства дополнительно осложнен присутствием различных помех, которые возникают при поиске неисправной арматуры с использованием одноканального течеискателя. Поэтому большой интерес представляет возможность использования двухканального акустического течеискателя Т2-8К, который разработан в ООО «НТП Трубопровод» и предназначен для поиска утечек в запорной арматуре. Только проводя всестороннюю диагностику запорной арматуры, мы можем судить о степени ее исправности.

Таким образом, применяя совокупность технических решений для увеличения эффективности методов неразрушающего контроля фонтанной арматуры, мы можем оценить возможность безопасной эксплуатации запорных устройств и повысить тем самым безопасную функциональность нефтяных и газовых скважин.

Литература

1. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила безопасности в нефтяной и газовой промышленности» с изменениями.

2. «Методические указания по проведению обследования фонтанной и нагнетательной арматуры с истекшим сроком службы и определение возможности ее дальнейшей эксплуатации». СПКТБ «НЕФТЕГ АЗМАШ», 2000 г.

3. МУ 0197-00.001 «Методика проведения неразрушающего контроля деталей фонтанной арматуры АФК Э1-65х21, АФК 1Э-65х14ХЛ». СПКТБ «НЕФТЕГАЗМАШ», 1999 г.

4. Кирсанов В. В., Гимранов Ф. М. Совершенствование системы профилактической работы по повышению безопасности в АО «Казаньоргсинтез». / В. В. Кирсанов, Ф. М. Гимранов // Безопасность труда в промышленности. - 1998. - № 11. - С. 36-39.

6