image
energas.ru

Коррозия Территории Нефтегаз № 1 (36) 2017

Материаловедение

»  01.04.2017 11:00 О ПЕРСПЕКТИВАХ ПРИМЕНЕНИЯ БИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫХ ТРУБ
Нефтегазовая отрасль занимает одно из первых мест в промышленности по затратам, связанным с коррозией металла. Ускоренный коррозионный износ насосно-компрессорных труб (НКТ) приводит к необходимости останавливать скважинное оборудование, производить его подъем, замену и обратный спуск. Это можно объяснить увеличивающейся агрессивностью транспортируемых сред и невысоким качеством труб. На сегодняшний день существует ряд способов борьбы с коррозией НКТ, связанных с нанесением высокоэффективных металлических, керамических и полимерных коррозионностойких покрытий, позволяющих значительно увеличить эксплуатационную надежность и срок службы трубы, снизить потери металла от коррозии. В статье описывается новый подход к решению проблемы коррозии путем внедрения биметаллических насосно-компрессорных труб (БиНКТ).
Ключевые слова: коррозия, биметаллические насосно-компрессорные трубы, песконесущие скважины, ингибиторы, полимерные материалы, покрытия, износоустойчивость, ремонтопригодность.
Открыть PDF


Пути решения проблемы коррозии НКТ

Для защиты от коррозии труб нефтяного сортамента, в частности НКТ, применяются такие методы, как:

• введение в закачиваемые воды ингибиторов коррозии;

• применение труб из низколегированных и легированных сталей;

• защита поверхности труб антикоррозионными покрытиями;

• применение труб из полимерных материалов.

Промышленный опыт нефтяников показывает, что применение ингибиторов требует постоянных эксплуатационных затрат, связанных с расходами ингибиторов коррозии, обслуживанием установок, постоянным контролем эффективности ингибиторной защиты. Как показали проведенные в [1] исследования, на эффективность действия ингибиторов углекислотной коррозии оказывает заметное влияние присутствие в добываемой жидкости твердых абразивных частиц. По этой причине использование ингибиторной защиты на песконесущих скважинах существенно ограничено.

Image_003.png

Применение НКТ из низколегированных и легированных сталей позволяет увеличить срок их службы. Однако расчеты ряда предприятий нефтегазового комплекса России показывают, что использование таких труб экономически не эффективно на небольших месторождениях, которые в последние годы осваиваются наиболее активно [2].

Наконец, использование НКТ из полимерных материалов не нашло пока широкого применения по причине крайне низкой износоустойчивости резьбовых соединений.
В ОАО «Удмуртнефть» предпринимались попытки использования полимерных труб с наклеенными металлическими патрубками, однако и это усовершенствование не позволило повысить их надежность [3].

С учетом вышеизложенного все большее внимание уделяется использованию различных покрытий для защиты труб нефтяного сортамента. Впрочем, как показал опыт ООО «РН «Пурнефтегаз», не все внутренние защитные покрытия НКТ являются относительно долговечными.

В таблице представлены данные по оценке таких ключевых характеристик НКТ из различных материалов, применяемых для борьбы с углекислотной коррозией, как стойкость к коррозии, износоустойчивость резьб и ремонтопригодность. Как видно из таблицы, лидером по совокупности показателей является труба, изготовленная из стали марки Сr13. Однако недостатком хрома является высокая цена.

Image_006.png 

Анализ технологической эффективности биметаллической НКТ

Эффективным способом борьбы с коррозией может стать применение биметаллических НКТ. Поскольку основной причиной аварий является разрушение тела трубы, для решения данной проблемы предлагается способ изготовления НКТ, в результате которого получается биметаллическая труба, имеющая высокие прочностные характеристики.

Важно отметить, что для обеспечения высокого уровня прочностных характеристик НКТ необходимо увеличивать в химическом составе металла содержание углерода (до 0,4–0,6 %), марганца (до 1,0–1,8 %),
никеля (8–10 %), а для придания коррозионной стойкости трубам содержание этих элементов необходимо уменьшать до уровней, соответственно, С = 0,08–0,2 %,
Mn = 0,4–0,8 %, Ni = 0,2–0,3 % [4].

Это означает, что трубы могут быть изготовлены либо в высокопрочном, либо в коррозионностойком исполнении. В условиях эксплуатации все чаще требуются НКТ, обладающие высокой стойкостью к любым видам коррозии. Изготовить трубы, обладающие универсальными эксплуатационными свойствами, по традиционной технологии не представляется возможным.
В реальной практике трубного производства обычно обеспечиваются наиболее востребованные эксплуатационные характеристики, а другие свойства – по мере возможности, исходя из выбранных технологических процессов.
В конечном счете реальная практика изготовления НКТ не позволяет произвести требуемое качество труб, что неизбежно увеличивает расход материальных и финансовых ресурсов в процессе эксплуатации НКТ.

Чтобы повысить качество НКТ, сократить материальные и финансовые затраты, необходимо придать НКТ новый уровень эксплуатационных свойств – высокую прочность в сочетании с высокой коррозионной устойчивостью. Это достигается за счет изготовления НКТ в биметаллическом варианте. Например, корпус трубы изготавливается из металла с высокими прочностными характеристиками, а во внутреннюю полость корпуса на всю его длину вводится металлическая вставка в виде тонкостенной электросварной трубы с высокими антикоррозионными свойствами с учетом условий эксплуатации НКТ.

Технологический процесс изготовления биметаллических НКТ осуществляется в следующей последовательности:

1) по традиционной технологии изготавливается горячекатаная труба с приданием необходимых эксплуатационных свойств (например, прочностных характеристик) с учетом условий эксплуатации НКТ;

2) тонкостенная электросварная труба (вставка) изготавливается по специальной технологии из стали соответствующего химического состава с приданием вставке необходимых эксплуатационных свойств (например, высокой коррозионной стойкости), с учетом требований эксплуатации НКТ;

3) осуществляется очистка (обработка дробью) до металлического блеска внутренней поверхности корпуса НКТ и наружной поверхности вставки (сопрягаемые поверхности);

4) вставка вводится в корпус НКТ, после чего осуществляется их совместная деформация (обжатие);

5) производится обрезка концов труб и их завальцовка.

Далее следуют финишные традиционные технологические операции изготовления НКТ в соответствии с требованиями ГОСТ 633-80 (правка, нарезка резьбы на концах труб, контроль качества и т. д.).

Данное оборудование изготовлено согласно принципам, схожим с описанным в патенте [5].

1_1.png

Технический результат применения биметаллического варианта НКТ заключается в повышении эксплуатационных свойств (прочностных характеристик корпуса НКТ и высокой коррозионной стойкости внутренней поверхности биметаллической НКТ за счет вставки с высокими антикоррозионными свойствами). Экономический результат состоит в повышении надежности и долговечности НКТ в ходе эксплуатации, что позволит снизить затраты на эксплуатацию нефтяных и газовых скважин.

Промышленная применимость данного биметаллического варианта НКТ целесообразна и технически осуществима. Вариант биметаллической НКТ представлен на рис. 1.

1_1_1.png

Первая в РФ биметаллическая НКТ была спущена на скважине Комсомольского месторождения, имеющей сильные осложнения из-за углекислотной коррозии. Дебит жидкости на скважине составлял 905 м3/сут при обводненности 97 %. Поднятые из скважины ЭЦН имели абразивный износ. Ввиду высокого дебита жидкости с повышенным содержанием абразивных частиц организация эффективной ингибиторной защиты была невозможна. При использовании стандартных НКТ без внутреннего защитного покрытия на скважине происходили частые отказы из-за коррозии тела трубы. Предыдущая наработка составила всего 122 сут. УЭЦН отработала 180 сут и была поднята из-за снижения изоляции. В марте 2016 г. в скважину была спущена биметаллическая НКТ, в октябре после отказа УЭЦН трубы были извлечены. Ревизия биметаллических НКТ на ремонтной базе не выявила никаких признаков внутренней коррозии: состояние труб было идеальным (рис. 2), и они были спущены повторно.

Таким образом, пока на единичном примере была доказана возможность использования биметаллических труб для защиты части высокодебитных скважин с повышенным выносом абразивных частиц. 

Удалось решить сразу несколько задач:

• найдена альтернатива дорогостоящей НКТ Cr13;

• увеличены эксплуатационные свойства трубы за счет объединения двух технологий изготовления НКТ;

• найден российский поставщик;

• проведены расчеты, подтверждающие экономический эффект при использовании БиНКТ.

 

Рейтинг промышленной применимости способов борьбы с коррозией 

Рейтинг

Способы защиты НКТ от коррозии

Показатели

Стойкость тела НКТ к коррозии

Износоустойчивость резьб

Ремонтопригодность

Цена

1

НКТ Cr13

Очень высокая

Достаточная

Достаточная

Очень высокая

2

НКТ с полимерным покрытием и защитой резьб

Достаточная

Высокая

Достаточная

Высокая

3

НКТ с полимерным покрытием и защитой резьб

Достаточная

Достаточная

Достаточная

Высокая

4

НКТ из полимерных материалов

Очень высокая

Очень низкая

Неремонтопригодны

Очень высокая




← Назад к списку