На сегодняшний день аварийность насосно-компрессорных труб является одной из наиболее актуальных проблем добывающей отрасли. В условиях осложненной добычи средняя наработка на отказ оказывается в несколько раз ниже нормативного срока службы труб. Решить данную проблему позволяет предлагаемая нами комплексная система защиты ES-System.

Причин аварийности насосно-компрессорных труб (НКТ) великое множество, но в целом можно выделить такие основные группы, как коррозия тела и муфт насосно-компрессорных труб, коррозия и механические повреждения резьбы труб и муфт. Значительно уменьшить вероятность возникновения коррозионных и механических повреждений и, как следствие, многократно увеличить срок службы НКТ и муфт позволяет комплексная система защиты ES-System (фото 1, рис. 1), производство которой включает в себя следующие этапы:

Рис. 1. Схема комплексной системы защиты ES-System: 1 – тонкостенная труба из нержавеющей стали (лайнер); 2 – толстостенная насосно-компрессорная труба из углеродистой стали; 3 – стример; 4 – муфта насосно-компрессорной трубы

• создание биметаллической НКТ с помощью установки тонкостенной трубы из нержавеющей стали, так называемого лайнера, в полость НКТ с последующей гидрораздачей;
• нанесение специального металлического покрытия на резьбу НКТ для защиты от коррозии и создания своеобразной сухой смазки на соединении труб и муфт;
• специальное упрочнение муфт НКТ и создание антикоррозионного покрытия на резьбе и межниппельном пространстве;
• комплектование уплотнителем из фтор-полимеров для защиты межниппельного пространства от абразивного износа. При этом возможно применение любых серийно выпускаемых стримеров.

Фото 1. Общий вид комплексной системы защиты ES-System

Освоенный сортамент ES-System включает в себя трубы диаметром 60–114мм. Футеровка НКТ нержавеющей трубой толщиной 0,8–1,5мм из сталей 304-й или 316-й серии для антикоррозионной защиты тела трубы производится гидравлическим способом, что обеспечивает непревзойденные характеристики соединения двух труб из разнородных сталей. При этом кромка лайнера заплавляется с присадкой из нержавеющего защитного сплава для герметичности межтрубного пространства (фото 2). Комбинированное металлизационное покрытие поверхности резьбы НКТ повышает антикоррозионную стойкость, но главным образом служит консервационным и антифрикционным покрытием. Благодаря отсутствию консервационной смазки облегчается и ускоряется подготовка труб к монтажу, а антифрикционные свойства существенно повышают ресурс соединений на свинчивание/развинчивание. Упрочнение с помощью технологий ионного азотирования и специальная антикоррозионная обработка внутренней поверхности также приводят к кратному повышению рабочего ресурса муфт НКТ. Недорогой одноразовый уплотнитель из фторполимера специальной формы надежно предотвращает абразивный износ, а следовательно, и ускоренное развитие коррозионных процессов на центральной части внутренней поверхности муфты.

Фото 2. Герметичность межтрубного пространства ES-System обеспечивается заплавкой кромки лайнера с присадкой из нержавеющего защитного сплава

В целях исследования эффективности системы нами был проведен комплекс различных испытаний, прежде всего коррозионных. На стенд с циркуляцией модельной среды были установлены образцы соединений «труба – муфта – труба» без защиты и с комплексной защитой ES-System. По завершении испытаний, продолжительность которых составляла 1000 ч, на образце без защиты ожидаемо были зафиксированы коррозионные поражения различных элементов (фото 3а), тогда как на образце ES-System следов развития коррозии не обнаружено вовсе (фото 3б).

Рис. 3. Общий вид образцов соединений «труба – муфта – труба» после 1000 ч коррозионных испытаний: а) образцы без защиты; б) образцы с комплексной защитой ES-System

Ресурсные испытания на свинчивание/развинчивание показали кратное увеличение количества циклов – 70 циклов до нарушения герметичности на образцах ES-System против 25 на «черных» соединениях.

Были получены очень интересные и логичные результаты испытаний на сдвиг лайнера с контролем зазоров межтрубного пространства (рис. 4). На образце с неочищенной внутренней поверхностью НКТ зазоры основной трубы с лайнером находились в диапазоне 50–250 мкм, а усилие сдвига составило 2240 кгс/м – более 20т на трубу.

Рис. 4. Результаты испытаний на сдвиг лайнера с контролем зазоров межтрубного пространства: а) неочищенная поверхность; б) очищенная поверхность

На образцах с предварительно очищенной поверхностью зазоры основной трубы с лайнером находились уже в диапазоне 5–25 мкм, а усилие сдвига составило в среднем 3020 кгс/м, т.е. более 30т на трубу длиной 10м. На сегодняшний день в результате ряда мероприятий и внедрения специализированного очистного оборудования нам удалось минимизировать зазоры между трубами до уровня не более 10 мкм. Это, несомненно, очень высокие показатели посадки лайнера в НКТ.

Таким образом, лайнеры из нержавеющей стали позволяют:

• повысить антикоррозионную стойкость внутренней поверхности бурильных НКТ при экстремальных механических нагрузках и высоких температурах переменного характера в сильноагрессивных средах, что многократно увеличивает ресурс НКТ;
• абразивная стойкость лайнеров ES-System превышает данный показатель лакокрасочных материалов (ЛКМ) минимум в пять раз, а низкая шероховатость полированной поверхности препятствует образованию на внутренней поверхности бурильных НКТ различных отложений;
• термостойкость нержавеющих лайнеров составляет 270 °C, что также значительно превышает термостойкость любого ЛКМ;
• за счет металлизированного покрытия эксплуатационный ресурс резьбы увеличивается минимум в три раза.

В совокупности это ведет к снижению объемов закупок «черных» НКТ для эксплуатации скважин осложненного фонда минимум в пять раз.