Лейнированные насосно-компрессорные трубы
Покупка
Тематика:
Трубопроводный транспорт
Издательство:
Издательство Уральского университета
Год издания: 2017
Кол-во страниц: 96
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-7996-2039-4
Артикул: 800469.01.99
Доступ онлайн
В корзину
В основе книги лежат технологические процессы производства лейнированных насосно-компрессорных труб, предназначенных для эксплуатации на нефтяных скважинах, осложненных в коррозионном отношении. Указанные трубы являются разновидностью слоистых композиционных труб, применение которых позволит многократно повысить эксплуатационный ресурс внутрискважинного оборудования. Последовательно описаны отличительные особенности технологии изготовления лейнированных насосно-компрессорных труб. Предназначено для студентов (бакалавров и магистрантов) и аспирантов, обучающихся по направлениям 22.03.02; 22.04.02 — Металлургия и 22.03.01; 22.04.01 — Материаловедение и технологии материалов.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 22.03.01: Материаловедение и технологии материалов
- 22.03.02: Металлургия
- ВО - Магистратура
- 22.04.01: Материаловедение и технологии материалов
- 22.04.02: Металлургия
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
Министерство образования и науки Российской Федерации Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина Н. А. Богатов, А. А. Богатов, Д. Р. Салихянов ЛЕЙНИРОВАННЫЕ НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫЕ ТРУБЫ Учебное пособие Рекомендовано методическим советом Уральского федерального университета для студентов, обучающихся по направлениям 22.03.02, 22.04.02 — Металлургия и 22.03.01, 22.04.01 — Материаловедение и технологии материалов Екатеринбург Издательство Уральского университета 2017
УДК 621.774(075.8) ББК 34.748.1я73 Б73 Рецензенты: кафедра «Машины и технологии обработки материалов давлением» Южно-Уральского государственного университета (завкафедрой проф., д-р техн. наук В. Г. Шеркунов); А. В. Выдрин — д-р техн. наук, проф., начальник отдела технологии производства труб ОАО «РосНИТИ» Научный редактор — проф., д-р техн. наук С. В. Смирнов Богатов, Н. А. Б73 Лейнированные насосно-компрессорные трубы : учебное пособие / Н. А. Богатов, А. А. Богатов, Д. Р. Салихянов. — Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2017. — 96 с. ISBN 978-5-7996-2039-4 В основе книги лежат технологические процессы производства лейнирован- ных насосно-компрессорных труб, предназначенных для эксплуатации на нефтяных скважинах, осложненных в коррозионном отношении. Указанные трубы являются разновидностью слоистых композиционных труб, применение которых позволит многократно повысить эксплуатационный ресурс внутрискважинного оборудования. Последовательно описаны отличительные особенности технологии изготовления лейнированных насосно-компрессорных труб. Предназначено для студентов (бакалавров и магистрантов) и аспирантов, обучающихся по направлениям 22.03.02; 22.04.02 — Металлургия и 22.03.01; 22.04.01 — Материаловедение и технологии материалов. Библиогр.: 41 назв. Табл. 20. Рис. 49. УДК 621.774(075.8) ББК 34.748.1я73 ISBN 978-5-7996-2039-4 © Уральский федеральный университет, 2017
Оглавление Введение ...........................................................................................................5 ГЛАВА 1. Условия эксплуатации насосно-компрессорных труб в современных условиях нефтедобычи ...........................................................7 ГЛАВА 2. Сведения о производстве насосно-компрессорных труб ............14 2.1. Производство бесшовных труб ...............................................................14 2.2. Производство сварных труб ....................................................................16 2.3. Сортамент и требования нормативно-технической документации ......17 2.4. Финишные операции изготовления и контроля качества насосно-компрессорных труб.................................................................23 ГЛАВА 3. Технологические схемы изготовления лейнированных насосно-компрессорных труб .......................................................................26 3.1. Сопоставление эксплуатационного ресурса лейнированных труб с трубами традиционного исполнения ...................................................26 3.2. Требования к изготовлению лейнированных насосно-компрессорных труб.................................................................28 3.3. Технологические схемы изготовления лейнированных насосно-компрессорных труб.................................................................32 ГЛАВА 4. Повышение точности внутреннего канала насосно-компрессорных труб способом раздачи на оправке ......................40 4.1. Особенности формоизменения при раздаче на оправке .......................40 4.2. Точность труб и оценка эффективности калибрования на оправке ................................................................................................52 4.3. Оптимальная форма оправки для калибрования внутреннего канала труб ..............................................................................................57
Оглавление ГЛАВА 5. Изготовление лейнированных насосно-компрессорных труб способом совместной раздачи на оправке ....................................................68 5.1. Особенности формоизменения при совместной деформации насосно-компрессорной трубы и лейнера .............................................68 5.2. Результаты экспериментального исследования производства и эксплуатации в промысловых условиях лейнированных насосно-компрессорных труб.................................................................87 Заключение ....................................................................................................90 Список библиографических ссылок .............................................................91
Введение В России ежегодно добывается более 500 млн т нефти, экс- плуатируется 150 тыс. добывающих нефтяных скважин. Экс- плуатационный фонд насосно-компрессорных труб (НКТ) в нефтяной промышленности России составляет 3,5 млн т. Трубная промышленность России и поставки труб по импорту ежегодно пре- доставляют нефтегазовому комплексу 430–450 тыс. т НКТ, в том числе нефтяным компаниям 350 тыс. т. На укомплектование вновь постро- енных нефтяных скважин требуется 120–130 тыс. т, остальные 220– 230 тыс. т используются на замену изношенных. Как показывает прак- тика, долговечность НКТ зависит от условий эксплуатации, выбора материала труб и способа защиты нефтедобывающего оборудования. Следует отметить, что в условиях осложненной добычи нефти из-за интенсивного воздействия агрессивных сред в совокупности с экс- плуатационными нагрузками среди прочего вида внутрискважинного оборудования наиболее расходуемым являются НКТ. Выход из строя труб несет в себе как прямые потери, связанные с ремонтом или заме- ной труб на новые, так и косвенные, связанные с простоем скважин. В целях сохранения металлофонда и повышения срока службы НКТ требуются новые инновационные способы повышения их эксплуата- ционных характеристик. В мировой практике нашли широкое приме- нение биметаллические и композиционные материалы взамен моно- металлических. За счет использования двух разнородных материалов удается более полно удовлетворить всем выдвигаемым требованиям по механической прочности и коррозионной стойкости труб. Применительно к нефтедобывающей отрасли использование биме- таллических или композиционных труб позволяет использовать угле- родистую сталь, имеющую невысокое сопротивление коррозионному разрушению, в качестве основы, а дорогостоящую коррозионно-стой- кую сталь в качестве внутреннего плакирующего слоя. В результате
Введение срок эксплуатации многократно увеличивается при незначительном увеличении стоимости труб. Получение слоистых композиционных труб возможно несколькими принципиально разными путями: фор- мовка и продольная сварка биметаллического листа, жидкостная диф- фузионная сварка по поверхностям разделов, сварка взрывом, центро- бежное литье труб, горячее изостатическое прессование и т. д., в том числе и лейнирование, которое заключается в совместной раздаче вну- тренней коррозионно-стойкой вставки и внешней трубы. В нефте- газодобывающей отрасли имеется положительный опыт испытаний опытно-промышленных партий труб из слоистых композиционных материалов в береговых (on-shore) и морских (off-shore) нефтяных скважинах. Такие трубы преимущественно изготовляют совместной гидравлической раздачей на гидропрессах. В настоящем учебном пособии изложены варианты технологиче- ского процесса изготовления лейнированных насосно-компрессор- ных труб, рассмотрены достоинства и недостатки, проведено анали- тическое сопоставление технологических схем.
ГЛАВА 1. Условия эксплуатации насосно-компрессорных труб в современных условиях нефтедобычи В мировой практике условия добычи нефти претерпели суще- ственные изменения — за последние несколько десятков лет разработка нефтяных скважин была сопряжена со значитель- ными трудностями. Освоение новых месторождений для нефтедобы- чи смещается все в более труднодоступные регионы с неблагоприят- ными горно-геологическими и природно-климатическими условиями для всех видов работ (бурение, обустройство и эксплуатация скважин), а также не имеющими ни производственной, ни социальной инфра- структуры. Нефтедобыча в обустроенных и давно освоенных регионах затруд- нена. Большинство скважин в России, открытых 30–50 лет назад, на- ходится на завершающей стадии освоения, которая характеризуется сокращением дебита скважин, высокой обводненностью добываемо- го флюида и усилением, как следствие, коррозионного воздействия на внутрискважинное оборудование (ВСО). Рентабельность нефтебизнеса во многом определяется совокупны- ми затратами на приобретение, обслуживание, поддержание в рабо- чем состоянии и ремонт ВСО. Среди глубинно-насосного оборудова- ния (насосные штанги (НШ), штанговые глубинные насосы (ШГН), установки электроцентробежных насосов (УЭЦН)) наиболее уязви- мыми являются насосно-компрессорные трубы, которые занимают значительную долю ВСО как в весовом, так и в стоимостном выра- жении. Это подтверждается большим количеством работ, посвящен- ных анализу коррозионного разрушения НКТ и поиску их оптималь- ной защиты от коррозионного воздействия [1–7]. В качестве примера
ГЛАВА1.Условияэксплуатациинасосно-компрессорныхтрубвсовременныхусловияхнефтедобычи можно привести результаты анализа причин отказов глубинно-насо- сного оборудования (ГНО) на 301–303 залежах нефтегазодобывающе- го управления (НГДУ) «Лениногорскнефть», которые показали, что доля отказов по причине выхода из строя НКТ является преоблада- ющей и составляет 61 % среди общего количества отказов (рис. 1) [8]. oтказы оборудования отказы НКТ отказы штанг отказы насосов, ПЭД 5 месяцев 2013 г. 84 53 17 14 5 месяцев 2014 г. 75 46 12 17 84 53 17 14 75 46 12 17 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Количество ремонтов, шт. Рис. 1. Ремонты на скважинах залежей 301–303 за 5 месяцев 2013 и 2014 гг. К факторам, влияющим на коррозионную стойкость сталей НКТ, относят: 1) качество металла трубы (химический состав, содержание и со- став неметаллических включений, структура стали, состояние поверхности); 2) содержание агрессивных компонентов — углекислого газа (CO2), сероводорода (H2S), ионов хлора (Cl) и кислорода (O2); 3) зараженность объекта сульфат-восстанавливающими и тионо- выми бактериями; 4) обводненность скважины; 5) напряженно-деформированное состояние НКТ в подвеске ВСО; 6) гидродинамические условия транспортирования ЖС; 7) интенсивность гидроабразивного износа НКТ; 8) температура в скважине; 9) водородный показатель pH среды. В зависимости от преобладания тех или иных факторов насосно- компрессорные трубы могут выходить из строя по различным при-
ГЛАВА1.Условияэксплуатациинасосно-компрессорныхтрубвсовременныхусловияхнефтедобычи чинам: коррозионное отверстие в НКТ; трещина в теле НКТ; износ НКТ истиранием; износ и утечки по резьбе. Однако наиболее опасны- ми причинами разрушения металла труб являются: образование язв, питтингов вследствие углекислотной коррозии; хрупкое разрушение металла (обрыв колонны НКТ) вследствие сульфидного коррозионно- го растрескивания под напряжением [9–10]. Типичный вид коррози- онного разрушения труб представлен на рис. 2, на котором видны яз- венные поражения отдельных участков внутренней поверхности труб. Рис. 2. Коррозионное разрушение насосно-компрессорных труб Для различных регионов России характерно свое сочетание групп факторов, вызывающих интенсивную коррозию ВСО, и доля скважин, осложненных коррозией. Например, для месторождений Западной Сибири и Европейской части России характерно высокое содержание углекислого газа CO2 и сероводорода H2S. Следует отметить, что даже незначительное изменение в перечисленных факторах может приве- сти к существенному росту скорости коррозии [1].
ГЛАВА1.Условияэксплуатациинасосно-компрессорныхтрубвсовременныхусловияхнефтедобычи В условиях осложненной добычи средняя наработка на отказ НКТ оказывается в несколько раз ниже нормативного срока службы труб. Как показывает практика нефтедобычи, на отдельных месторождени- ях отмечены случаи образования сквозных язвенных отверстий в НКТ из стали 30Г2 в течение двух месяцев, а из сталей типа 30ХМА — в те- чение четырех месяцев эксплуатации в условиях повышенного содер- жания CO2 [4]. В среднем нормативный срок службы НКТ в условиях повышенной коррозионной активности составляет менее 1,5 лет, что не удовлетворяет требованиям потребителей [11]. Исследование кор- розионной стойкости трех наиболее применяемых групп сталей для изготовления НКТ показало, что марганцовистые стали (30Г2, 35Г2С и др.) подвержены сульфидному коррозионному растрескиванию под напряжением (СКРН) и углекислотной коррозии, хромомолибденовые (30ХМА, 26ХМФА и др.) — углекислотной коррозии. Добавка 12–14 % хрома переводит сталь в категорию «нержавеющих», способствуя сни- жению скорости углекислотной коррозии в десятки раз (см. рис. 3). Од- нако следует отметить, что нержавеющие стали (20Х13) остаются под- верженными СКРН, при этом чем выше прочностные характеристики нержавеющей стали, тем она более подвержена СКРН [3]. Выход из строя труб сопровождается значительными потерями, а необходимость восстановления их работоспособности связана с неиз- бежными затратами материальных и финансовых ресурсов. По этой причине проблема повышения эксплуатационного ресурса насосно- компрессорных труб является одной из самых актуальных в нефтедо- бывающей отрасли. Существует несколько направлений повышения эксплуатационного ресурса НКТ. К числу наиболее применяемых в нефтебизнесе относятся: применение ингибиторов коррозии, защитных покрытий, коррозион- но-стойких материалов и технологии ремонта НКТ [5, 10, 12, 13]. Каж- дый из способов имеет свои преимущества и недостатки, и чаще всего для защиты оборудования применяются одновременно несколько спо- собов. Применение и эффективность ингибирования зачастую ограни- чены температурой, давлением и гидродинамическими условиями до- бычи в скважине. При использовании защитных покрытий существует риск его отслоения и проявления локальной коррозии. Несмотря на вы- сокие антикоррозионные свойства стеклопластиковых труб, их приме- нение также ограничено температурой эксплуатации и давлением из-за их низкого сопротивления ползучести. Кроме того, внедрению стекло-
ГЛАВА1.Условияэксплуатациинасосно-компрессорныхтрубвсовременныхусловияхнефтедобычи пластиковых труб препятствуют проблемы в области соединения и от- сутствие нормативной базы их применения, а в условиях высоких дав- лений и температур их применение и вовсе запрещено [13]. 10 (psi) 100 1000 23,5 38,5 300 200 100 мм/г 0 10 0,01 0,1 1 0 01 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Раствор 3,5% NaCl Углеродистая сталь Низколегированная сталь Нержавеющая сталь 13Cr Нержавеющая сталь дуплекс 3 4 5 Скорость коррозии, мм/год Парциальное давление СО2 (МПа) Температура: 80 °С (176 °F) Рис. 3. Скорость коррозии трубных сталей в коррозионно-агрессивных средах [3] Большое количество работ [13–16] посвящено оптимизации вы- бора коррозионно-стойких марок стали и сплавов (corrosion resistant alloys, CRA) для неблагоприятных условий добычи нефти. Показана высокая эффективность применения в качестве материала труб мар- тенситных и аустенитных нержавеющих сталей с содержанием хрома не менее 13 %, сталей с высоким содержанием никеля и хрома, никелевых сплавов, а также ферритных сталей с содержанием хрома 22–25 %
ГЛАВА1.Условияэксплуатациинасосно-компрессорныхтрубвсовременныхусловияхнефтедобычи (стали AISI-410, 13Cr, 22Cr, сплавы 28, 825, 625, 2550 и C276). С целью рационального выбора стали для конкретных условий нефтедобычи определены границы применения каждой марки коррозионно- стойкой стали в зависимости от температуры, содержания углекислого газа и сероводорода, и на их основе разработаны номограммы выбора сталей в графической форме [14]. Однако из-за высокой стоимости этих сталей их применение не всегда экономически целесообразно. Одним из способов увеличения срока службы НКТ следует считать технологии ремонта НКТ и повторный их ввод в эксплуатацию. Для этого нефтяными и нефтегазовыми компаниями созданы сервисные службы. Трубы с недопустимой глубиной дефектов (25–30 % от номинальной толщины стенки) направляются в нефтесервисную компанию на ремонт, который обычно состоит из следующих операций: · приемка труб и сопроводительной документации; · свинчивание муфт и отрезка концов труб с резьбой; · мойка НКТ в воде при температуре 65–80 °C, насыщенной моющими средствами; · осмотр и сортировка труб по типоразмерам (D×S×L) и качеству — пригодные или не пригодные для ремонта по существующей технологии; · шаблонирование концевых участков труб; · неразрушающий контроль НКТ; · вырезка дефектных участков труб; · нанесение антикоррозионного покрытия на наружную и внутреннюю поверхность труб; · нарезание резьбы, контроль качества резьбы; · навинчивание новых муфт НКТ; · гидравлическое испытание; · шаблонирование труб по всей длине; · замер длин и маркировка труб; · консервация и упаковка; · складирование и отгрузка труб потребителю. Ремонт труб экономически целесообразен в том случае, если ее длина после вырезки дефектных участков будет не менее 5,5 м. Основными недостатками существующей технологии ремонта являются большие отходы металла и пониженный срок службы отремонтированных НКТ по сравнению с новыми, т. к. дефекты и язвы коррозионного происхождения, образовавшиеся во время первого срока эксплуатации,
Доступ онлайн
В корзину