image
energas.ru

Газовая промышленность № 2 2017

Добыча газа и газового конденсата

01.02.2017 11:00 ТЕПЛОИЗОЛИРОВАННЫЕ ЛИФТОВЫЕ ТРУБЫ: ОТ ПРОШЛОГО К НАСТОЯЩЕМУ
В статье приведен опыт создания и промышленного производства теплоизолированных лифтовых труб (ТЛТ) с экранно-вакуумной изоляцией на российском предприятии. Рассмотрен опыт подбора оборудования и разработки технологии производства ТЛТ, представлена оригинальная конструкция ТЛТ с применением вакуумного клапана с барометрическим датчиком. Описана техническая возможность проведения экспресс-контроля состояния вакуума внутри ТЛТ в процессе их эксплуатации, приведены способ замера вакуума при помощи подключения к барометрическому датчику специального контрольного прибора и теплофизические и эксплуатационные характеристики ТЛТ. Описан опыт аттестации технологии производства и конструкции ТЛТ в целях определения возможности применения труб на месторождениях ПАО «Газпром».
Ключевые слова: ТЕПЛОИЗОЛИРОВАННЫЕ ЛИФТОВЫЕ ТРУБЫ, МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫЕ ПОРОДЫ, ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА, ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ, ЭКРАННО-ВАКУУМНАЯ ИЗОЛЯЦИЯ, ГИДРАТООБРАЗОВАНИЕ В СКВАЖИНЕ.
Открыть PDF


Идея создания ТЛТ впервые возникла, когда нефтегазодобывающие компании столкнулись с проблемой освоения месторождений высоковязкой нефти и природного битума. Соотношение запасов легкой нефти, тяжелой нефти и природного битума приведено на рис. 1 [1]. Именно в это время начали активно развиваться тепловые (термические) методы воздействия на нефтяной пласт. Основной задачей ТЛТ стала задача сохранения тепловой энергии флюида в скважине при различных режимах ее эксплуатации.

1_1_3.jpg

Рис. 1. Соотношение запасов легкой нефти, тяжелой нефти и природного битума

Одна из первых конструкций ТЛТ была запатентована в США в 1968 г. и представляла собой набор теплоизолированных обечаек, надевающихся на насоснокомпрессорные трубы (НКТ) непосредственно на скважине перед их спуском. Откачка вакуума из межтрубного пространства не предусматривалась [2]. Первое авторское свидетельство в СССР  на подобную трубу было опубликовано только в 1980 г. [3].

Многолетние исследования различных способов изоляции, применяемых для ТЛТ, показали, что наиболее эффективной и, на сегодняшний день, самой совершенной является экранновакуумная изоляция, теплопроводность (l) которой составляет менее 0,05 мВт/(м·К).

1_1.jpg

Рис. 2. Конструкция ТЛТ:

1 – муфта; 2 – вкладыш муфтовый; 3, 5 – сварные швы; 4 – переходник конический;
6 – труба внешняя; 7 – центратор наружный (по требованию заказчика); 8 – геттеры
(поглотители остаточных газов); 9 – вакуумно-многослойная изоляция; 10 – труба
внутренняя; 11 – центратор; 12 – вакуумный клапан; 13 – крышка; 14 – барометрический
датчик (по требованию заказчика); 15 – заглушка; 16 – протектор

В процессе создания нового оборудования и поиска наиболее эффективных конструкторских решений были изучены конструкции и технологии производства ТЛТ, уже представленных на рынке. Были проведены многочисленные консультации со специалистами по технологиям создания высокого вакуума, термической обработке, современным способам сварки, а также других областей, что в итоге позволило разработать высокотехнологичный процесс производства теплоизолированных труб (рис. 2).

Image_010.jpg
Рис. 3. Экспресс-контроль состояния вакуума внутри ТЛТ с помощью специального контрольного прибора


Image_011.jpg

Рис. 4. Производственный участок для изготовления ТЛТ

Одной из особенностей вновь созданных ТЛТ является не имеющая аналогов конструкция вакуумного клапана с барометрическим датчиком. Данная конструкция позволяет проводить экспрессконтроль состояния вакуума внутри ТЛТ в процессе их эксплуатации. Контроль производится при помощи подключения к барометрическому датчику специального контрольного прибора (рис. 3). Такая конструкция позволяет осуществлять многократное восстановление вакуума внутри ТЛТ как перед установкой, так и при ремонтных работах в лифтовых колоннах, непосредственно в полевых условиях.

Для производства ТЛТ был создан производственный участок с технологической линией, функционирование которой основано на принципах «белой металлургии». Этот участок площадью 2200 м2 может быть задействован в режиме круглосуточной работы и способен выдавать четыре изделия в сутки. На участке предусмотрена возможность размещения дополнительного оборудования в целях увеличения объемов выпуска продукции в два и более раза (рис. 4).

Под каждую технологическую операцию подбиралось современное оборудование, разработанное и изготовленное непосредственно для решения задач по выпуску ТЛТ. Установки для очистки внутренней и внешней поверхности труб, печь для нагрева труб, транспортные и поворотная тележки проектировались по специальному техническому заданию. Под выпуск ТЛТ были разработаны технические требования и технические задания для адаптации серийно выпускаемых комплектов сварочного оборудования для выполнения углового шва и установок индукционного нагрева для отпуска сварных швов. Для проведения тепловых и гидравлических испытаний ТЛТ были спроектированы и изготовлены не имеющие аналогов специальные стенды.

Для достижения минимальных показателей теплопередачи инженернотехнической рабочей группой специалистов были определены оптимальные температурные режимы нагрева труб в процессе создания вакуума и активации газопоглотителей, была подобрана соответствующая компоновка «теплоизоляция – отражатель – геттеры». С каждым из поставщиков проводилась активная работа по определению свойств материалов, обеспечивающих минимальную газацию в среде высокого вакуума. На сегодняшний день все материалы, заложенные в конструкцию ТЛТ, прошли лабораторные, производственные испытания и доказали свое соответствие требованиям.

В результате проведенной работы были изготовлены опытные образцы ТЛТ 168 х 114 мм в хладостойком исполнении, которые были переданы в ООО «Газпром ВНИИГАЗ» для проведения специальных лабораторных испытаний. 

Image_012.jpg
Рис. 5. Установка сварки элементов ТЛТ

Стендовые исследования по оценке теплофизических характеристик

Достигнутые показатели теплофизических характеристик: минимальное значение коэффициента теплопроводности изоляции составило 0,0043 Вт/м·°С, что на порядок превышает требования стандарта СТО Газпром 23.21742007 (не более 0,012 Вт/м·°С) [4]. Сохранение достигнутых показателей с течением времени подтверждают повторные испытания изделия с заводским номером 001: ухудшения значения коэффициента теплопроводности изоляции с августа 2012 г. по март 2016 г. не выявлено. 

Квалификационные испытания технологии сварки

Специалисты лаборатории сварки ООО «Газпром ВНИИГАЗ» проводили технический аудит производства ТЛТ. Были выполнены контрольные сварные соединения (рис. 5). После визуального контроля образцы были направлены в лабораторию ООО «Газпром ВНИИГАЗ», где успешно прошли контрольные испытания. 

Контроль технологического процесса производства ТЛТ

В присутствии представителей постоянно действующей комиссии ПАО «Газпром» по приемке новых видов трубной продукции и специалистов ООО «Газпром ВНИИГАЗ» были произведены работы по изготовлению опытного образца ТЛТ. По результатам проведенного комиссией технического аудита и положительной оценки качества и уровня производства были согласованы технические условия (ТУ 1327001641558812014) на изготовление ТЛТ.

В настоящее время разработано и освоено производство нескольких видов теплоизолированных труб, предназначенных для различных условий добычи углеводородного сырья:

  • добычи газа и нефти в условиях многолетней мерзлоты, в целях предотвращения оттаивания многолетнемерзлых пород (ММП) вокруг ствола скважины и ее обвала в процессе эксплуатации;

  • для добычи газа с исключением гидратообразования в скважине;

  • для сохранения температуры пластового флюида;

  • для обеспечения экологического теплового баланса в зоне добычи нефти и газа из морских (шельфовых) скважин с исключением отложения парафина на стенках лифтовых труб;

  • для закачки пара в скважины при добыче высоковязкой нефти.

Конструкция ТЛТ защищена патентом на полезную модель. Нарезка газогерметичной
резьбы класса «Премиум» на трубы осуществляется на основании лицензионных соглашений с правообладателями. Предприятие – изготовитель ТЛТ также обладает патентом на премиальную газогерметичную резьбу собственной разработки.

Система управления качеством производства подтверждена сертификатом стандарта ISO 9001:2008 за № RU228317QA. Качество выпускаемых ТЛТ подтверждается сертификатом соответствия.



← Назад к списку