Насосно-компрессорная труба

Полезная модель «Насосно-компрессорная труба» относится к области изделий металлической трубной продукции, а именно насосно-компрессорных труб (НКТ), полученных в результате реализации технологических процессов изготовления новых или ремонта бывших в употреблении НКТ.

В процессе эксплуатации НКТ подвергаются воздействию внутренних напряжений, возникающих в теле труб от различных силовых нагрузок, например, внутреннего давления транспортируемой среды по насосно-компрессорной колонне и собственного веса НКТ. Действие внутренних напряжений усиливается коррозионными процессами под влиянием агрессивных компонентов в добываемом флюиде (смесь нефти, попутного газа, пластовой воды, сероводорода, углекислоты и т.п.) или нагнетаемой в нефтесодержащие пласты пластовой или речной воды. Действия силовых нагрузок и коррозионных процессов на металл НКТ часто носит противонаправленный характер, что обуславливает соответствующий характер мер, направленных на повышение долговечности и надежности НКТ.

Например, для восприятия больших нагрузок от внутреннего давления и веса труб необходимо увеличивать прочностные характеристики НКТ (предел текучести, предел прочности), что вызывает одновременное повышение твердости металла. Однако повышение твердости металла приводит к значительному снижению его сопротивляемости коррозионным процессам по механизму сероводородного растрескивания.

Значительная шероховатость внутренней поверхности НКТ, обусловленная технологией изготовления горячекатаных труб, инициирует процессы асфальтосолепарафинистых отложений (АСПО) внутри НКТ, что

сопряжено с необходимостью очистки труб от отложений, а следовательно и с увеличением затрат, связанных с обслуживанием насосно-компрессорных колонн.

Сочетание служебных свойств НКТ возможно обеспечить, если изменить ее конструкцию. Вместо монолитного тела трубы выполнить ее в двухслойно-биметаллическом варианте. Наружный слой выполняется из металла высокой прочности, и он воспринимает силовые нагрузки, а внутренний слой выполняется в антикоррозионном исполнении с чистотой внутренней поверхности Ra=0,5-0,8, хорошо противостоящий различным видам коррозионных процессов.

Технический результат от применения заявленного объекта заключается в сочетании высокой прочности (за счет наружного слоя) и высокой коррозионной стойкости (за счет внутреннего) слоя биметаллической насосно-компрессорной трубы.

Сочетание прочностных и антикоррозионных свойств НКТ значительно улучшает комплекс их служебных характеристик, что обеспечивает экономию материальных и финансовых ресурсов в процессах эксплуатации и ремонта этих труб.

Заявка на выдачу патента РФ полезная модель «Насосно-компрессорная труба» относится к изделиям трубной продукции, а именно к насосно-компрессорным трубам, изготовляемых из конструкционных материалов. Насосно-компрессорные трубы (НКТ) используются в основном в нефтяной и газовой промышленности либо для добычи нефти и газа, либо для закачки пластовой или речной воды с целью повышения пластового давления.

Традиционная конструкция насосно-компрессорных труб хорошо известна в мировой практике добычи нефти и природного газа и с исчерпывающей полнотой описана в нормативных актах на изготовление этих труб, в том числе в Российском стандарте №52203-2004 «Трубы насосно-комрессорные и муфты к ним» [1], а также в нормативном акте Американского нефтяного института API-5CT «Трубы обсадные и насосно-компрессорные» [2].

Насосно-компрессорные трубы в процессе эксплуатации подвергаются сложному напряженно-деформированному нагружению от воздействия:

- внутреннего давления добываемого продукта или нагнетаемой жидкости;

- веса насосно-компрессорной колонны;

- механического воздействия насосных штанг на НКТ в результате их соприкосновения и т.д.

Механические воздействия усиливаются коррозионными процессами, вызываемые агрессивными элементами в добываемом продукте (сероводород, углекислота, катионы и пр.) и в нагнетаемой жидкости, содержащей растворы солей, свободный кислород и т.д.

Воздействие нагружения и коррозионные процессы, проявляющиеся в процессе эксплуатации НКТ не однозначны по своему характеру. Следовательно, и меры, обеспечивающие надежную, долговременную эксплуатацию насосно-компрессорных труб, должны быть адекватными указанным процессам.

Чтобы обеспечить работоспособность НКТ в условиях высоких давлений в насосно-компрессорных колоннах и значительных нагрузок от собственного веса в глубоких и сверхглубоких нефтяных и газовых скважинах необходимо повышать механические характеристики металла, из которого изготовлены эти трубы, в том числе предел текучести (_т), предел прочности (_в). Это удается обеспечить повышением содержания в стали химических элементов: углерода (С), марганца (Мn) и проведением термической обработки (ТО) труб по схеме: закалка + отпуск. При увеличении прочностных характеристик труб неизбежно возрастает твердость их поверхности, а это снижает сопротивляемость материала труб сероводородному растрескиванию.

Повышение сопротивляемости металла труб кислотной коррозии под влиянием углекислоты достигается увеличением содержания в стали никеля. Однако этот химический элемент снижает сопротивляемость стали коррозионным процессам сероводородного растрескивания. Подобных примеров улучшения служебных свойств НКТ, достигаемых за счет улучшения соответствующих физико-химических и механических характеристик материала труб и ухудшения других служебных свойств труб за счет этих же характеристик, можно привести достаточно много. Такая ситуация разнонаправленного воздействия химического состава металла и термической обработки НКТ является неизбежной в связи с монолитной конструкцией этих труб, что является одним из основных недостатков, обуславливающих недостаточную надежность и долговечность НКТ. Еще одним существенным недостатком НКТ является значительная шероховатость их внутренней поверхности, что является основной причиной интенсивных асфальтосолепарафинистых отложений (АСПО) вплоть до полного заполнения сечения НКТ. Для удаления АСПО из НКТ их демонтируют и подвергают промывке горячей водой с применением скребков. Процесс удаления АСПО из НКТ увеличивает эксплуатационные расходы на обслуживание добывающих и нагнетательных скважин, снижает

их производительность из-за неизбежных простев на выполнение спускоподъемных операций (СПО) при эксплуатации насосно-компрессорных колонн.

Улучшить качество насосно-компрессорных труб, снизить затраты в процессе эксплуатации возможно, если монолитную конструкцию НКТ изменить на двухслойную - биметаллическую. В этом случае наружной оболочке НКТ придается высокие прочностные свойства для восприятия силовых нагрузок, а внутренний слой НКТ (лейнер) выполняется в коррозионностойком исполнении с учетом реальных коррозионных процессов, что обеспечивается за счет индивидуального для каждого слоя химического состава металла и термической обработки. Полное предотвращение или значительное замедление отложений АСПО достигается улучшением гладкостности внутренней поверхности лейнера до значений шероховатости Ra=0,5-0,8.

Герметичность слоев биметаллической НКТ (БНКТ) достигается введением между этими слоями герметика соответствующего качества.

Предварительное исследование доступной патентной и научно-технической литературы по фонду Российского технического университета нефти и газа им. Губкина г.Москва показало, что конструкция биметаллической насосно-компрессорной трубы является новой и ранее не использовалась на практике, что позволяет сделать заключение о соответствии технического решения критериям «новизна» и «изобретательный уровень», а его промышленную применимость считать целесообразной и технически осуществимой, что вытекает из его описания.

Библиография к заявке Богатова Н.А. на полезную модель «Насосно-компрессорная труба»

1. Национальный стандарт Российской Федерации, ГОСТ Р 52203-2004 «Трубы насосно-комрессорные и муфты к ним». Технические условия. М.: ИПК Издательство стандартов. 2004, 50 с.

2. Стандарт API-5CT «Трубы обсадные и насосно-компрессорные» (Американская система единиц) Американский нефтяной институт. Хьюстон, США 2000, 161 с.

Насосно-компрессорная труба, на концах которой выполнена резьба, и на один из них навернута соединительная муфта, полученная в результате реализации технологий изготовления новой или ремонта бывшей в употреблении НКТ, отличающаяся тем, что с целью сочетания высоких прочностных и антикоррозионных характеристик трубы ее конструкция выполнена в биметаллическом (двухслойном) варианте - наружного слоя с высокими прочностными характеристиками и внутреннего слоя с высокими антикоррозионными свойствами за счет индивидуального подбора каждому слою металла соответствующего химического состава и режимов термической обработки и скрепленных друг с другом сжимающими внутренними напряжениями и герметизирующим материалом, а уменьшение асфальтосолепарафинистых отложений в НКТ достигается приданием шероховатости внутренней поверхности лейнера в пределах Ra=0,5-0,8.