Вопросы герметичности резьбовых соединений в основном решают в двух направлениях: а) герметизацией резьб путем применения различных герметизирующих материалов; б) созданием резьбовых соединений «Премиум», которые имеют узлы герметичности.
Над проблемой повышения технико-экономической эффективности и совершенствования конструкций резьбовых соединений работают лучшие специалисты отрасли. Мировые трубные компании инвестируют значительные средства в улучшение и разработку новых конструкций резьб. Так что же такое «герметичность резьбовых соединений труб»?
Герметичность резьбовых соединений труб – это свойство соединений, обеспечивающее их непроницаемость при нагружении избыточным давлением жидкости или газа в течение длительного времени.
Рис. 1. Конструктивные и технологические зазоры в резьбе Баттресс и ОТТГ (ОТТМ) (мм)
Кроме конструктивных зазоров любой резьбе присущи также зазоры технологического характера, которые определяются отклонением элементов профиля от теоретических (номинальных) размеров. Конструктивные и технологические зазоры в резьбе приводят к тому, что контакт трубы с муфтой в резьбовых соединениях оказывается проницаемым, т. е. соединение само по себе негерметично. Для снижения проницаемости контакта элементов резьбовых соединений в практике применяют различные заполнители конструкционных и технологических зазоров – резьбовые смазки. Резьбовые смазки кроме заполнения зазоров должны предупреждать задиры и заедания резьбовых соединений труб, поэтому к ним предъявляются следующие требования:
а) хорошая смазывающая (покрывающая) способность;
б) постоянство свойств смазки с течением времени и при изменении температуры в определенных пределах;
в) определенная консистенция, чтобы давление жидкости или газа не смогли выдавить смазку из зазоров резьбы;
г) предупреждение заеданий при свинчивании резьбовых соединений;
д) защита от коррозии и т. д.
Экспериментальные данные и международная практика эксплуатации труб показывают, что применение резьбовых смазок не всегда обеспечивает и тем более гарантирует резьбовым соединениям требуемую герметичность.
Так, Стандарт API 5СТ, восьмое издание, 1 июля 2005 г. ISO 11960:2004, «Нефтегазовая промышленность – стальные трубы, применяемые в качестве обсадных и насосно-компрессорных труб для скважин», подпункт 8.14.1 классы 1,2 и 3 гласит: «Цель ручного свинчивания муфт – облегчить снятие муфт для очистки и контроля резьбы и нанесения свежей смазки перед эксплуатацией. Эта процедура обеспечивает меньшую вероятность утечки, поскольку соединения с механическим свинчиванием, хотя и не имеют утечек в момент сборки, могут потерять герметичность после транспортировки, погрузки-разгрузки и при использовании».
Значительное количество причин, таких как недостаточно качественное удаление с резьбы консервационной смазки, излишнее или недостаточное нанесение смазки на резьбовые поверхности, равно как неравномерное ее нанесение, грязная резьба, недостаточная затяжка труб, чрезмерные усилия при свинчивании, несовершенство резьб, неправильная технология спуска труб до забоя и т. д., могут привести к развитию негерметичности соединений.
Стандарт ANCI/API, рекомендованная методика 5А3, издание 3, ноябрь 2009 г., гласит: «Эксплуатационные свойства резьбовой смазки – комплексная, взаимосвязанная характеристика. Незначительные различия в составе, изготовлении, способе нанесения смазки могут привести к значительным изменениям ее эксплуатационных свойств».
Как говорилось, в подавляющем большинстве случаев пропуски жидкости или газа в резьбовых соединениях связаны с наличием конструктивных и технологических зазоров, в которых смазки не удерживаются при нагружении соединений избыточным давлением. Таким образом, чтобы смазка не выдавливалась избыточным давлением из резьбы, она в идеале должна обладать двумя главными свойствами:
а) максимальной подвижностью (низкой вязкостью) в момент свинчивания резьбовых соединений, что обеспечивает надежное заполнение смазкой всех зазоров;
б) минимальной подвижностью (высокой вязкостью) при нагружении резьбового соединения избыточным давлением.
Как видим, свойства смазки должны существенно меняться в период нанесения ее на поверхность резьбы и в период эксплуатации резьбового соединения. Таким требованиям в большей степени удовлетворяли герметизирующие составы на полимеризующихся основах, например, разработанный совместно ОАО «ТАГМЕТ» (ВТУ ТМЗ №161-65) и ОАО «ВНИИгаз» состав УС-1. Основа уплотнительного состава – эпоксидный компаунд К-153, отвердитель и антифрикционные добавки. УС-1 показал себя в целом эффективно, хотя требовал особо качественного обезжиривания резьбы перед нанесением. Аналогичная по составу смазка КНИИНП-2 была разработана ОАО «ВНИИТнефть». Но их применение существенно ограничивалось и к настоящему времени сошло на нет из-за существенных недостатков полимеризующихся уплотнительных смазок, основными из которых являются их низкая технологичность, невозможность автоматизации процесса нанесения, недостаточные антизадирные свойства, токсичность, невозможность использования при отрицательных температурах окружающей среды и, самое главное, практически полная неразъемность резьбовых соединений.
Так можно ли найти решение, в котором новая резьбовая смазка будет обладать совокупными преимуществами консистентной модифицированной и полимеризующейся систем смазок и в то же время лишена их существенных недостатков?
Да, можно! Такое решение найдено в отказе от традиционных систем резьбовых смазок и переходе на Clear Make Up Technology «СМТ» – технологию чистого свинчивания.
Это новейшая разработка ООО «Полимер Сервис» в области обеспечения герметичности резьбовых соединений обсадных труб, внедренная в производство при активном участии и поддержке ЗАО «ТД «ТМК» и ОАО «ТАГМЕТ».
Рис. 2. Внешний вид резьбы Баттресс производства ОАО «ТАГМЕТ» с фтор-полимерным самосмазывающим сухим покрытием «МАОК-ПЛАУН™»
Данная технология является уникальной для мировой нефтепромысловой практики, т. к. сочетает в себе одновременное решение двух краеугольных задач: во-первых, однократное нанесение покрытия резьбы на заводе обеспечивает «сухое» многократное свинчивание резьбовых соединений без использования каких-либо смазочных материалов в промысловых условиях; во-вторых, гарантирует герметичность резьбовых соединений обсадных труб даже после повторных свинчиваний.
Технология «СМТ» реально позволяет:
- отказаться от применения консистентных резьбоуплотнительных смазок, применяемых для обеспечения антифрикционных и герметизирующих функций в резьбах, содержащих в своем составе тяжелые металлы, минеральные смолы, жиры, ингибиторы, присадки и растворители;
- исключить попадание избыточной смазки в колонну;
- предотвратить дорогостоящую операцию по очистке ствола скважины;
- улучшить качество каротажных работ;
- при необходимости исключить операции по опрессовке труб перед спуском, т. к. поставщиком «СМТ» гарантируется герметичность резьбового соединения;
- исключить операции последующего удаления с резьбы паром или растворителями консервационных смазок,
- исключить операции нанесения консистентных резьбоуплотнительных смазок, которые перед нанесением в зимнее время сами должны быть соответствующим образом разогреты;
- сократить время спуска обсадных колонн до 15%;
- существенно снизить человеческий фактор при обеспечении герметичности крепи скважины;
- снизить трудоемкость спуска обсадной колонны;
- улучшить условия работы буровой бригады;
- снизить риски травматизма при производстве буровых работ.
Рис. 3. Применение «Технологии чистого свинчивания» в промысловых условиях
Заводские испытания проходили в условиях заводов Группы ТМК. Стендовые испытания проводились в условиях ЗАО «ВНИИТнефть», по результатам которых было получено заключение о высокой работоспособности и живучести фтор-полимерного покрытия резьб «МАОК-ПЛАУН™», обеспечивающего комплекс антизадирных и герметизирующих свойства. Причем было зафиксировано постепенное падение момента крепления в процессе механического свинчивания-развинчивания резьбовых соединений на протяжении многоцикловых испытаний, что обусловлено эффектом приработки резьбовых поверхностей.
Применение «СМТ» на основе покрытия резьбы муфт «МАОК-ПЛАУН™» в промысловых условиях на практике подтвердило возможность достижения высоких экологических и экономических эффектов в строительстве обсадных колонн нефтяных и газовых скважин.
Впервые в опытно-промышленных маштабах «Технология чистого свинчивания» была применена в декабре 2010 г. на двух скважинах Приразломного месторождения ООО «РН-Юганскнефтегаз», в условиях экстремально низких температур окружающей среды, и получила высокую оценку буровых подрядчиков.
В настоящее время российские нефтяные компании, в частности ОАО «НК Роснефть», ОАО «Сургутнефтегаз», ОАО «ТНК-ВР», ОАО «Газпромнефть», ОАО «Томскнефть» и др., проявляют большой интерес к практическому применению инновационных разработок, освоенных ОАО «ТМК» в промышленном производстве. К таким разработкам, несомненно, относится «Технологии чистого свинчивания» обсадных труб. В ОАО «ТМК» уверены, что разработка и освоение новых технологий и новых видов продукции, обеспечивающих упрощенное использование своей продукции, снижающих эксплуатационное воздействие на окружающую среду, повышающих культуру производства и улучшающих условия труда персонала, занятого в бурении и добыче полезных ископаемых, будут значительно востребованы в ближайшие годы на российском промышленном пространстве.
Сокращения времени на спуск обсадных колонн не было достигнуто.
Есть положительный момент - исключен расход уплотнительной резьбовой смазки.
Покрытия на основе дисульфида молибдена и графита. Применение антифрикционных покрытий Molykote позволяет осуществить подготовку труб на заводе-изготовителе, исключает проведение трудоемких операций по смазыванию на монтажной площадке. Достигается герметичность соединений колонны, сокращается время ее сборки. Технология нанесения покрытий проста (чаще нанесение методом распыления). В линейке покрытий Molykote имеются составы, не требующие нагрева для их полимеризации, отверждаются при комнатной температуре. Кроме того, обеспечивается ряд преимуществ, которые рассмотрены в следующей статье http://www.s-ng.ru/pdf/main_1948.pdf