Успех науки в целом зависит от многих факторов, в том числе от доступности знания. Если достижения одних ученых остаются тайной за семью печатями их лабораторий, то другие щедро делятся ими – и тогда знания становятся всеобщим достоянием. Так же и с производством. Когда накопленные компетенции одних тиражируются и могут использоваться другими, тогда их вклад в общие результаты работы промышленности и страны в целом может быть более весомым.
Это – в идеале. На практике чаще дела обстоят по-другому. В компаниях ноу-хау, драгоценные крупицы опыта хранят пуще глаза. Они обеспечивают конкурентное преимущество и дополнительную прибыль. Ведь компании вложились в научно-исследовательские и опытно-констукторские работы (НИОКР), опытно-промышленные испытания (ОПИ), рисковали, понесли финансовые, материальные затраты. Естественно они хотят, чтобы инвестиции окупились и принесли прибыль. Но как раз это часто затрудняет откровенный обмен мнениями…
Тем не менее, мы пригласили профессионалов к интересному разговору по животрепещущим проблемам производства и эксплуатации труб: требованиям к их техническим характеристикам, прочности, износоустойчивости, антикоррозионной стойкости, ремонтопригодности и т.д.
Выделим проблематику из пяти блоков, которая нашла свое отражение в вопросах редакции и ответах экспертов.
1. В последние примерно 15 лет активно развивается горизонтальное бурение. В среднем по стране в 2018 г. оно составляло более 47 % общего объема проходки. При этом происходит увеличение времени контакта бурильной колонны со стенкой скважины, часто в высокообразивных породах, что приводит к износу замковых соединений по внешнему диаметру. Поэтому буровые подрядчики все чаще применяют твердосплавные наплавки на замки бурильных труб (БТ), что в разы увеличивает ресурс работы трубы. В настоящее время в России сложился вполне конкурентный рынок хардбендинга (hardbanding) с участием зарубежных и отечественных производителей.
2. Важное место в эксплуатации труб занимают резьбы. От их качества зависит срок службы трубы, герметичность соединений, производительность труда. Научное сообщество различных НИИ, научно-производственных фирм, центров, специальных подразделений нефтегазовых компаний, производители труб работают над параметрами и типами резьб, различными способами их упрочения, созданием стандартов и т.д.
3. Многие месторождения России выходят на позднюю стадию разработки с падающей добычей. Одним из технологичных способов повышения нефтеотдачи пластов, текущего и капитального ремонта скважин является использование колтюбинга. Он основан на применении безмуфтовых гибких труб. У него есть ряд преимуществ над традиционными технологиями. В частности, устраняется вероятность прихвата бурового инструмента, снижается повреждение коллекторских свойств пласта, упрощается состав бурового раствора и уменьшается его фильтрация в пласт, обеспечивается большая безопасность и сокращается время спускоподъемных операций, допускается ремонт скважин без их предварительного глушения, а также выполнение операций подземного ремонта в горизонтальных и сильно искривленных стволах.
4. Использование в составе бурильных колонн алюминиевых труб повышает эффективность бурения глубоких скважин с большим отходом от вертикали и горизонтальных скважин большой протяженности. Трубы из специальных алюминиевых сплавов имеют ряд преимуществ перед стальными: повышенную стойкость к воздействию химических реактивов и кислот, Н2S и СО2, термостойкость, пластичность, низкий удельный вес, высокое облегчение в буровых растворах, высокую удельную прочность, виброгасящие, немагнитные свойства, легкую разбуриваемость долотами, фрезами. При этом уменьшаются вес бурильной колонны, сила трения, гидравлические потери в циркуляционной системе. Это значит – будет экономия энергии как по грузоподъемности, так и в части привода вращения ротора.
5. Еще одна важная проблема – антикоррозийная стойкость труб. Они работают в агрессивных средах: грунтовых водах, буровых растворах с химическими реагентами, при кислотных обработках, в присутствии сероводорода, углекислого гази и т.п. Следовательно, трубы надо защищать. Как? Органические покрытия характеризуются недостаточной адгезией к металлу и не выдерживают пластовых температур. Неорганические силикатные (стеклоэмалевые) покрытия обладают более высокими эксплуатационными свойствами: химической стойкостью в различных кислотах, щелочных и солевых растворах, воде и т.д. Они хорошо «прилипают» к металлу, обладают прочностью стали, зеркальной поверхностью, что уменьшает асфальтосмолопарафинистые отложения (АСПО), выдерживают большие температуры (до 400 оС) и перепады температур.
Итак, даем слово нашим экспертам.
ХАРДБЕНДИНГ
Вопросы редакции БиН:
1. Как выглядит сегодня сегментирование рынка в России по маркам хардбендинга, и насколько сильна конкуренция между ними?
2. Продукция каких компаний хардбендинга вам кажется наиболее привлекательной (по цене, качеству, срокам службы, ремонтопригодности)?
3. Почему на американском рынке восстановление хардбендинга на бурильной трубе происходит 2 – 4 и более раз, в результате срок службы труб доходит до 10 – 15 лет, а в России труба полностью изнашивается за 1,5 – 2 года, что требует закупки новой?
4. Оцените срок службы трубы при использовании хардбендинга различных компаний.
Владимир Игоревич ТИХОМИРОВ
1. Рынок хардбендинга в России выглядит разрозненно. Нет определенного лидера, и конкуренция довольна сильная, но она в основном определена ценой, а не свойствами или эффектом от использования хардбендинга в качестве защиты от износа обсадной колоны и замков бурильных труб.
Сложившаяся ситуация подогревается производителями материалов для хардбендинга, которые представляют результаты собственных лабораторных испытаний, которые не отражают реального уровня свойств материала с учетом реальных условий его последующего использования. Для систематизации различных испытаний была разработана общая методика стандарта API для испытаний материалов для хардбендинга. Но в настоящее время не все производители материалов могут предоставить результаты таких испытаний в независимых лабораториях или испытаний, проведенных собственно самими нефтяными компаниями по их методикам на основе стандарта API, которые более близки к их реальным условиям бурения.
2. Привлекательность материала для хардбендинга определяется совокупностью свойств, которые определяют его назначение. На первом месте стоит защита обсадной колонны от износа при одновременном обеспечении защиты от износа замков бурильных труб, а следующим показателем является частота и условия для восстановления хардбендинга.
Материалы для хардбендинга торговой марки TCS компании NOV зарекомендовали себя на рынке как лучшее сочетание в части обеспечения вышеуказанных свойств. Линейка материалов TCS, в составе которой четыре различных вида, позволяет выбрать хардбендинг в зависимости от оптимального соотношения всех его наиболее важных потребительских свойств и тем самым обеспечить максимальный эффект от применения технологии.
3. Состояние рынка хардбендинга в США и на других западных рынках отличается от российского, как и рынок самих бурильных труб. В США более широко используются трубы с премиальными типами резьбовых соединений, и хардбендинг призван продлить межремонтный период на таких трубах за счет защиты от износа по внешнему диаметру замка. В этом случае использование хадбендинга на замках таких труб для продления срока службы приносит более ощутимый эффект (с учетом стоимости таких труб). На российском рынке использование труб с премиальном типом соединения еще не достигло уровня США, и вопрос о продлении срока службы бурильных труб с использованием хардбендинга или внутренних покрытий не является приоритетным для буровых компаний, так как эффект от применения дополнительных мер защиты не заметен на трубах, которые выходят из строя гораздо раньше премиальных по причинам, связанным с устаревшими технологиями их производства, а также низким качеством самого производства.
4. Срок службы бурильных труб во многом зависит от условий их эксплуатации, и хардбендинг помогает максимально продлить период эксплуатации замков бурильных труб до их ремонта. Срок службы материала хардбендинга при выполнении заданной ему функции зависит и во многом определяется химической композицией самого материала, а также технологией его нанесения и условиями бурения.
Сергей Константинович ФЕДОРОВ
Мне интересно ответить на первый из заданных вопросов, потому что по заявке и непосредственном учас-тии, а также финансировании со стороны АО «Сибирская Сервисная Компания» специалистами ООО «Материалы Технологии Сервис» недавно проведена независимая оценка качества износостойких (не твердосплавных) наплавок российских и зарубежных компаний, осуществляющих свою деятельность в РФ:
Hardbanding Solutions (Duraband NC),
Castolin Eutectic (OTW-12Ti, OTW-13CF),
Arnco Technology Trust (ARNCO 350XT),
Hilong (Китай) и ООО «Техномаш» – Россия (BoTn 3000),
ACM (АСМ Специальные наплавочные материалы) – Россия,
Интерпро (НП 57, НП 58) – Россия.
После проведенных исследований, ознакомившись с их результатами, ряд компаний дополнительно предоставили образцы с наплавками:
Hilong (Китай) и ООО «Техномаш» – Россия (BoTn 1000, BoTn 3000, BoTn 5000),
ДП мастер (ДПМ 150, ДПМ 350) – Китай,
Tuboscope (TCS-Ti, TCS-XL) – США,
ООО «Хардбендинг» (ПП-Интерпро VP-58) – Россия.
Испытание № 1 было тестом по стандарту ASTM G65 – моделирование вращения бурильного замка в открытом стволе скважины. Ставилась задача – определить износостойкость поверхностного слоя образцов методом трения об абразивные частицы, подаваемые в зону трения и прижимаемые к образцу вращающимся резиновым роликом.
Испытание № 2 было тестом по стандарту API 7CW (Casing Wear Tests) – моделирование вращения бурильного замка в обсадной колонне. Ставилась задача – определить износостойкость обсадной колонны методом трения о поверхностный слой образцов износостойких наплавок с подачей абразивного материала в зону контакта. Наплавку наносили на замок стальной бурильной трубы (муфтовую часть), которая изготовлена из сталей типа 30ХГС-36ХГМА.
Основываюсь на результатах исследования.
1. Говоря о привлекательности продукции хардбендинговых компаний, замечу, что ценовой аспект в задачу исследований не входил. Российские специалисты разработали качественную порошковую проволоку и отработали технологию ее наплавки, не уступающую по износостойкости лучшим зарубежным аналогам. По содержанию основных легирующих компонентов зарубежная и российская проволоки практически не отличаются. Следовательно, по цене они должны быть практически одинаковыми.
Скажу о качестве хардбендинга. Ученые-металлурги разных компаний разработали порошковую наплавочную проволоку, которая при наплавке формирует хорошую свариваемость с основным металлом по глубине наплавки, обеспечивает высокую твердость и износостойкость. Однако, для внедрения наплавочных материалов на замок бурильной трубы недостаточно иметь качественную проволоку, необходимо строго соблюдать технологию наплавки. На исследования нам поставляли наплавленные замки с явным нарушением технологии. Только после наших замечаний и внесения корректировок в процесс, получали качественную наплавку без пор и раковин.
Вывод напрашивается сам собой: необходимо проводить специальное обучение наплавкам, контролировать качество этой подготовки и проводить регулярную аттестацию специалистов.
Оценивая сроки службы скажу, что все исследуемые наплавки обеспечивали более чем двукратное повышение износостойкости, как по тесту стандарта ASTM G65, так и тесту по стандарту API 7CW.
По тесту стандарта ASTM G65 особенно стоит обратить внимание на наплавленные материалы Duraband NC, BoTn5000, TSC-Ti, НП 57, которые показали наивысший результат (повышение износостойкости в 4 – 6 раз) среди исследованных образцов. В целом сохраняется прямая зависимость значений износостойкости от твердости материала наплавок.
Тесты по стандарту API 7CW (Casing Wear Tests) также подтверждают эффективность наплавочных материалов. Износостойкость обсадной трубы при контакте с наплавкой, нанесенной на тело бурильного замка, более чем в 5раз превышает износостойкость при контакте с исходным бурильным замком без наплавки. При этом материалы с относительно невысокой твердостью наплавок (TCS-XL, BoTn 3000, OTW-12Ti, ПП-Интерпро VP-58, BoTn 1000) в меньшей степени изнашивают образец обсадной трубы.
Следует отметить, что применение электромеханической поверхностной закалки (ЭМПЗ) замков из стали 30ХГС позволило повысить износостойкость в 2,4 раза (при твердости поверхностного слоя до 48 HRC), по сравнению с исходным состоянием замка без наплавки. ЭМПЗ стали 40ХГМА позволяет получить твердость до 60 HRC, что сопоставимо с твердостью наплавок средней износостойкости. Дополнительная ЭМПЗ наплавки BoTn 1000 увеличивает твердость поверхности до значений BoTn 3000.
Борис Анатольевич ВОЛКОВОЙ
1. В настоящее время на рынке хардбендинга в России доминируют дорогостоящие импортные (американские, европейские и китайские) материалы. В то же время некоторые высокотехнологичные буровые и сервисные подрядчики уже несколько лет с большим успехом используют специально разработанный в рамках импортозамещения российский материал. А крупные буровые подрядчики и компании с госучастием до сих пор по непонятной причине предпочитают «присматриваться» и увеличивают свои расходы, закупая бурильный инструмент с весьма недешевым импортным хардбендингом.
2. Российский хардбендинг является безусловным фаворитом, поскольку он уже подтвердил свою эффективность и надежность. Он полностью совместим с большинством зарубежных аналогов и может использоваться для ремонта изношенного хардбендинга. Также, за несколько лет применения в отрасли не было зафиксировано ни одного случая его растрескивания или преждевременного разрушения, в отличие от тех импортных наплавок, представители которых во всеуслышание заявляют о 100 % отсутствии растрескивания их материалов. По результатам проведенных независимых испытаний, российский хардбендинг превзошел по износостойкости многие, отнюдь не дешевые зарубежные аналоги. А в условиях недавнего резкого подорожания иностранных валют его цена оказывается существенно более привлекательной.
3. Во-первых, качество большой части бурильного инструмента отечественного и китайского производства, присутствующего на российском рынке, все еще продолжает довольно сильно уступать трубе западного производства, и нашим производителям есть куда стремиться. Во-вторых, многие работающие в России буровые и сервисные компании предпочитают не рисковать и прописывают в технологических регламентах списание трубы после определенной фиксированной наработки. Необходимость при этом тратить большие деньги на закупку новой трубы их, по-видимому, не волнует. Но даже когда слой защитного хардбендинга на трубе износился, некоторые недальновидные подрядчики не задумываются о том, что при дальнейшей эксплуатации такой трубы будет происходить интенсивный износ бочки бурильного замка. А это дополнительный риск аварии, особенно при работе в условиях больших нагрузок и сложном профиле ствола. Вывод очевиден – восстановление хардбендинга необходимо!
4. В принципе, ответ на этот вопрос был дан в независимом сравнительном исследовании хардбендинговых материалов различных производителей (краткий отчет с результатами представлен в июньском номере журнала «Бурение и нефть» за 2017 г.). Кстати, российский материал показал там отличные результаты, обогнав многие ведущие мировые бренды. Несмотря на то, что лабораторные испытания не могут абсолютно точно смоделировать условия работы в скважине, бесспорным остается факт, что все сравнивавшиеся материалы, а также образец незащищенного замка без наплавки, были поставлены в одинаковые условия. И все основные факторы, влияющие на абразивный износ, присутствовали в ходе исследования. Лидеры, включая российский материал, показали износостойкость в 5 раз выше, чем у замка без хардбендинга. Этот показатель также подтверждается результатами отработки хардбендинга в реальных условиях бурения. Поэтому использовать инструмент без хардбендинга для бурения современных скважин с протяженными горизонтальными участками, сложным профилем и в условиях повышенных нагрузок – недопустимо! Хардбендинг не только снижает риск аварии, но и предотвращает отбраковку трубы или перевод ее в более низкую группу прочности по состоянию бурильного замка. А при использовании российского хардбендинга снижение соответствующих затрат окажется еще более существенным.
Алексей Владимирович ВАХРУШЕВ
1. Как правило, производители трубы предпочитают работать с одной предпочтительной маркой наплавки, которую каждый производитель рекомендует со своей продукцией. Выбор марки определяется стойкостью к истиранию, отсутствием склонности к растрескиванию и отслаиванию, возможностью многократных повторных нанесений и ценой материала.
2. В настоящее время большинство марок хардбендинга в России импортного производства. Наиболее популярной маркой наплавки является Duraband NC, однако в рамках политики импортозамещения есть надежда на рост доли наплавок российского производства.
3. Продолжительный срок службы бурильной трубы на американском рынке связан с культурой обращения с трубой и качеством инструмента. Немаловажным фактором является высокая доля на рынке бурильной трубы, предоставляемой на условиях аренды.
Павел Анатольевич БИНКЕВИЧ
2. Наша компания занимается нанесением твердосплавной защиты на бурильные трубы с 2010 г., и за это время мы успели поработать с большинством существующих на рынке материалов, как зарубежных, так и российских. Примерно с 2012 г. основным материалом для хардбендинга, с которым мы работаем, является Duraband NC, и хочу сказать, что его популярность возникла не на пустом месте. Буровых подрядчиков он привлекает своей надежностью и безотказностью. За все время работы мы не получили ни одной претензии от заказчиков. Для нас же, как для сервисной компании, важны и другие свойства материалов.
В первую очередь, это простота и стабильность нанесения материала. Очень часто работы ведутся на отдаленных локациях, и мы просто не можем рисковать. Наплавка должна быть выполнена качественно и оперативно, иначе буровой подрядчик не успеет вернуть инструмент в работу после ремонта. У нас совершенно нет времени постоянно возиться с оборудованием, каждый раз настраивая его из-за сложностей с нанесением некоторых материалов, и, тем более, исправлять ошибки, переделывая работу. Да и запас расходных материалов, который можно взять с собой, ограничен. Поэтому очевидно, что мы делаем выбор в пользу надежного и простого в нанесении Duraband NC.
Во-вторых, это совместимость. Duraband NC легко наносится на большинство других наплавочных материалов. Это существенно облегчает работу, поскольку нет нужды снимать предыдущее изношенное покрытие при проведении ремонта. Причем совместимость подтверждается сертификатом NS-1.
В третьих, и это тоже очень важно, – материал всегда есть в наличии и его легко заказать именно столько, сколько нужно. Нет необходимости покупать впрок, замораживая деньги. Считаем, сколько нам понадобится проволоки на планируемый объем работ, заказываем – и через неделю материал у нас.
По совокупности этих и других свойств аналогов у Duraband NC нет, не стоит заблуждаться на этот счет. Мы всегда объясняем это заказчикам, когда нас спрашивают об этом или просят предложить что-то подобное в тендерной документации. На наш взгляд неэтично обманывать заказчика, предлагая более дешевые и, соответственно, более выгодные сервисному подрядчику материалы в качестве аналога Duraband NC.
Мало кто из буровых компаний целенаправленно ведет статистику по наработке инструмента с разными типами наплавки, но мы стараемся собирать такую информацию. Недавно один буровой подрядчик сообщил, что износ наплавки Duraband NC на инструменте 4” при средней проходке около 10 000 м и наработке свыше 1100 часов при бурении горизонтальных участков скважины составил примерно 1,3 мм, т.е. около половины высоты пояска. Это очень хороший результат.
Алексей Николаевич ДМИТРИЕВ
2. Сложно выделить конкретного производителя: компания «ССК» имеет опыт работы с несколькими производителями проволоки для хардбендинга.
Цена, качество, срок службы у разных производителей проволоки, как правило, отличаются незначительно.
Практика показала, что срок службы бурильных труб с нанесенным хардбендингом увеличивается примерно в 3 раза.
Максим Андреевич ВЕДЕРНИКОВ
2. На сегодня имеется более 30 технологий хардбендинга. В России есть положительный опыт применения следующих твердосплавных покрытий: Duraband NC компании Хардбендинг и BoTn3000. Отличий нет. Основные преимущества технологии известны – увеличивается срок службы, не изнашивается наружний диаметр замка. Срок эксплуатации зависит от требований компаний по наработке с целью исключения аварийных ситуаций.
Евгений Сергеевич ЛЫСИКОВ
Есть положительный опыт применения твердосплавных покрытий Duraband NC и BoTn3000.
РЕЗЬБЫ
Вопросы редакции БиН:
1. Замковые резьбы (ниппелей и муфт) бурильных и насосно-компрессорных труб (НКТ). Что выбрать?
2. Какие типы резьб обеспечивают наибольшую герметичность соединения?
3. В чем преимущества резьбы премиум-класса?
4. Какие типы резьбовых смазок чаще употребляются на практике?
Ринат Ильдусович ШАФИГУЛЛИН
1. Одной из сервисных управляющих компаний Республики Татарстан, при непосредственном участии ПАО «Татнефть», разработано и успешно используется в работе резьбовое соединение упорного типа премиум-класса для крепления скважин на сверхвязкую нефть с применением метода парогравитационной добычи.
В ПАО «Татнефть» масштабно применяются резьбовые соединения ОТТМ, а также резьбовое соединение упорного типа собственного производства, не уступающее по качеству резьбам ведущих трубных заводов.
2. Резьба премиум-класса обеспечивает герметичность при проведении работ по ГРП, а также для добычи нефти методом парогравитационного дренирования.
3. В «Татнефти» применяются резьбовые смазки РУСМА, Р-402, РУСМА-Премиум и др. Также в компании успешно внедрена лазерная сварка обсадных труб, которая кратно сокращает затраты на трубы в резьбовом исполнении.
Юрий Александрович БРЕДЕЛЕВ
1. Тип замковых соединений бурильных труб выбирают в зависимости от уровня сложности проведения буровых работ. На сегодня существует пять типов резьбовых соединений бурильных труб: соединения по стандарту API, двухупорные соединения первого поколения на базе соединений по стандарту API, высокомоментные соединения второго, третьего и четвертого поколений, отличающиеся друг от друга моментными и эксплуатационными характеристиками. Наша компания рекомендует нашим заказчикам при бурении скважин с несложными профилями использовать по умолчанию первое поколение двухупорных резьб, т.к. у этих соединений благодаря второму упорному торцу увеличивается момент свинчивания и, благодаря распределению нагрузок вдоль всей длины соединения, снижается износ и продлевается срок службы.
При бурении длинных горизонтальных участков, а также скважин со сложными профилями и с большим отходом от вертикали, наша компания рекомендует использовать только двухупорные соединения второго-четвертого поколений, т.к. только в этом случае можно обеспечить строительство скважины с максимальной скоростью и минимальным отказом бурильного инструмента.
2. Говоря о герметичности соединений бурильных труб, следует отметить, что герметичность одноупорных и всех двухупорных соединений обеспечивает основной упорный торец. В случае бурения газовых скважин, где необходимо обеспечить 100 % герметичность, используются специально разработанные на базе двухупорных соединений последних поколений газогерметичные соединения с уплотнением «металл – металл».
3. Первые поколения т.н. «премиальных» высокомоментных соединений были разработаны компанией Grant Prideco более 40 лет назад по многочисленным просьбам буровых подрядчиков, которые столкнулись с нехваткой момента при строительстве скважин с отходами от вертикали и бурении горизонтальных участков. Также разработчикам была поставлена задача уменьшить потери по гидравлике и улучшить показатели ЭЦП при бурении. Внедрение высокомоментных соединений позволило решить все поставленные задачи и поднять эффективность бурения на новый уровень.
4. Наша компания рекомендует использование резьбовых смазок на медной основе. Данный вид смазки обладает лучшими, на наш взгляд, адгезивными свойствами, что позволяет смазке максимально долго удерживаться на резьбе при любых температурах в скважине и на поверхности.
Сергей Константинович ФЕДОРОВ
Если ответить несколько обобщенно на все заданные вопросы, картина выглядит так.
Резьба на бурильных трубах, переводниках, насосно-компрессорных трубах, муфтах НКТ, корпусах УЦНС и других деталях нефте- и газопромыслового оборудования является наиболее уязвимым элементом изделий. Несмотря на то, что для изготовления вышеперечисленных деталей используют качественные конструкционные и легированные стали, применяют способы термической (термомеханической) и химико-термической обработки, производители не обеспечивают требуемых физико-механических свойств поверхностного слоя резьбы по прочности, износостойкости, задиростойкости, усталостной долговечности.
По качеству формирования физико-механических свойств резьбы на деталях нефте- и газопромыслового оборудования (как машиностроитель и специалист в области повышения надежности машин утверждаю), назвать их деталями можно условно. По сути это промежуточный продукт от заготовки к детали. Не может резьба на деталях с твердостью 24-36 HRC обеспечить длительную эксплуатацию изделий. Но процессы бурения и добычи нефти остановить нельзя. Поэтому нефтяные и газовые компании РФ повсеместно внедряют цеха по ремонту БТ, НКТ и другого оборудования, где по такой же технологии производят перенарезание наружной и внутренней резьбы БТ и наружной резьбы НКТ. Такое восстановление деталей было распространено в мастерских сельскохозяйственных предприятий в прошлом веке, при выполнении ими весенне-полевых или уборочных работ.
Специалисты компании самостоятельно ищут способы повышения долговечности нефтяного и газопромыслового оборудования. Ниже приведу результаты наших исследований:
Испытания переводников с резьбой З-117 из стали 40Х после электромеханического упрочнения резьбы (АО «Александровский завод бурового оборудования», АО «Ковровский завод бурового оборудования») показали, что детали обеспечили нормативные 500 циклов навинчивания-свинчивания без износа резьбы, при 47– 66 циклах в базовой технологии.
Положительный опыт работы с такими компаниями, как АО «Татнефть» (НГДУ «Ямашнефть»), ПАО «Роснефть» («РН-Ремонт», Уфимский филиал) при электромеханическом упрочнении резьбы НКТ 73 позволили в три раза увеличить долговечность резьбовых соединений «НКТ-муфта» в сравнении с базовым вариантом.
Электромеханическое упрочнение резьбы переводников П147/147 верхнего привода буровой установки (испытания проведены в ПАО «Татнефть») обеспечило 987 циклов навинчивания-свинчивания, в то время как в базовой технологии – в лучшем случае до 500 циклов.
Электромеханическое упрочнение резьбы переводников и патрубков БТ выполнено в ПФ «ВЗД», г. Кунгур, для компаний ПАО «Газпром бурение» (Краснодарский филиал), ПАО «Сургутнефтегаз», ПАО «Роснефть» («РН-Ремонт», Нефтеюганский филиал).
Электромеханическое упрочнение внутренней резьбы М93х2 корпусов УЦНС из стали 22 ГЮ (Тюменские насосы компании «Шлюмберже») более чем в два раза повышает износостойкость резьбового соединения.
Электромеханическое упрочнение резьбы сварной НКТ 73 из стали 22ГЮ (АО «Газпромтрубинвест») повышает твердость поверхностного слоя витков с 22-24 HRC до 48-51 HRC, глубиной до 0,2 мм, мелкодисперсной структурой и градиентными слоями.
Есть уже разработанные и апробированные технологии упрочнения резьбы азотированием, карбонитрацией, лазерной закалкой, электромеханической обработкой, комбинированными способами.
Во всех приведенных выше технологиях обеспечивается поверхностное упрочнение резьбы с получением твердости до 48-54 HRC при сохранении вязкой сердцевины витков резьбы, формировании мелкодисперсной структуры, отсутствии окисления и обезуглероживания, без коробления и поводки резьбы, при благоприятных остаточных напряжениях и текстуре волокон металла во впадинах.
Практически ни одно из этих требований производители БТ и НКТ не выполняют, так же как и подрядные компании при ремонте деталей…
Фосфатирование резьбы обеспечивает износостойкость только при условии сохранения геометрии витков резьбовых соединений, т.е. только на первых этапах эксплуатации деталей. Аналогично изменение (износ) геометрии витков резьбы сказывается и на герметичности резьбового соединения.
Смазки повышают герметичность резьбовых соединений и препятствуют образованию мостиков схватывания при свинчивании. Однако во всех смазках присутствует атомарный водород, который проникает в кристаллическую решетку поверхностного слоя резьбы и приводит к ее охрупчиванию.
Выводы.
1. Компании по производству и ремонту БТ и НКТ не обеспечивают нефте- и газопромысловые компании качественными изделиями по физико-механическим свойствам поверхностного слоя резьбы. Наверное, им это выгодно?
2. Нефтяные и газовые компании не ставят перед производителями задачу о повышении долговечности резьбовых соединений нефтепромыслового оборудования. Наверное, их это тоже устраивает?
3. Проблема повышения долговечности и, как следствие, эффективности работы нефтяных и газовых компаний, не техническая. И это подтверждают результаты исследований и испытаний, выполненных группой ученых и специалистов только по одному из способов упрочнения резьбы
Алексей Владимирович ВАХРУШЕВ
1. Тип замковой резьбы определяется исходя из требований проекта бурения. Наиболее универсальными резьбами, подходящими для строительства большинства скважин, являются стандартные резьбы API и идентичные им резьбы ГОСТ. Для условий, когда требуется повышенный крутящий момент, применяются двухупорные резьбы различных видов. При этом двухупорные резьбы не стандартизированы и в большинстве случаев не взаимозаменяемы. Как правило, выбор в пользу определенного типа резьбы привязывает конечного пользователя к определенному производителю, поскольку под бурильный инструмент закупается значительная номенклатура вспомогательного оборудования, в частности переводников, патрубков клапанов и т.д.
2. Как правило, типы соединений различных производителей не сильно отличаются друг от друга по характеристикам. В большинстве случаев выбор делается исходя из качества трубы в целом и ее стоимости.
Наибольшую герметичность обеспечивают специальные двухупорные газогерметичные соединения. Стандартные двухупорные соединения имеют герметичность больше чем у резьбы API.
3. Из преимуществ резьбы премиум-класса можно отметить повышенный рабочий момент, больший допустимый диапазон износа наружной поверхности замка, меньшую склонность к гидроабразивному износу внутренней поверхности трубы.
Алексей Николаевич ДМИТРИЕВ
2. Среди бурильных труб наибольшую герметичность обеспечивают замки Delta производства компании Grant Prideco.
3. К преимуществам резьбы премиум-класса можно отнести: снижение риска обрыва труб в замковом соединении, высокие технические характеристики, возможность работы в агрессивных средах и т.д.
4. Из резьбовых смазок предпочитаем резьбоуплотняющие смазки с высокими консервационными свойствами и низким фрикционным коэффициентом, без металлических включений в своем составе.
Павел Анатольевич БИНКЕВИЧ
Отвечу сразу на все вопросы. Двухупорные соединения второго поколения, безусловно, обеспечивают максимально надежное и герметичное свинчивание колонны. Однако нужно понимать, что и остальное буровое оборудование должно соответствовать уровню инструмента. Нет смысла вкладывать деньги в дорогую трубу с премиальными соединениями, если используемые трубные ключи не обеспечивают необходимый момент для свинчивания.
Ну и самое главное – культура обращения с инструментом. Ни одна, даже самая лучшая резьба не переживет ударных повреждений, если затаскивать трубу по мосткам без резьбового протектора. И ржавчина поражает премиальные резьбы не хуже, чем обычные, если хранить их без защитной смазки. А вот цена и сложность ремонта таких резьбовых соединений может неприятно удивить заказчика…
Владимир Иванович СЕМИН
1. Согласно назначению труб выбираются и замковые резьбы. Ведь конструкция и технические условия эксплуатации у бурильных и насосно-компрессорных труб (НКТ) существенно различаются.
2. Наибольшую герметичность обеспечивают те резьбы, которые имеют лучшую конструкцию в отношении заданной эксплуатационной характеристики.
3. Резьбы обсадных труб и НКТ премиум-класса соответствуют более сложной конструкции соединительного узла – для повышения герметичности, а также осевой и изгибающей внешней нагрузки.
4. На практике чаще употребляются те типы резьбовых смазок, которые наиболее полно удовлетворяют техническим условиям сборки труб согласно назначению, при этом, естественно, учитывается влияние внешних эксплуатационных факторов.
Султан Алиханович БУЛГИЕВ
Обобщу. А есть ли разница – что выбирать, если ни в одном документе по эксплуатации бурильных труб ни один завод-изготовитель не сообщает о сроках эксплуатации! Конечно, технические специалисты описывают рекомендации к эксплуатации, особенно требования! Но при всем этом не сообщают конкретного времени вывода инструмента из эксплуатации (только по отбраковке – и на том спасибо!).
Вышеизложенный факт серьезно влияет на расчет экономических затрат при формировании бизнес-плана, а это практически основная цель любого предприятия – быть на плаву!
Развивая далее тему, замечу: естественно, выбор падет на замковые соединения, так как увеличивается оперативность при сборке инструмента. Но неоднократные выходы из строя (промывы по резьбовому соединению) наносят предприятию значительные расходы.
Сегодня нет разработки по креплению бурильного инструмента специализированным соединением, на который было бы можно дать гарантийный срок эксплуатации! Вот где поле деятельности производителей бурильных труб!
Евгений Сергеевич ЛЫСИКОВ
Наибольшую герметичность обеспечивают обсадные трубы с высокогерметичным резьбовым соединением (уплотнение «металл – металл»).
Алексей Александрович ДИКИЙ
Если без комментариев, ответы будут очень короткими.
1. Резьбы, буровые замки и муфты для бурильных, НКТ и обсадных труб. Что выбрать? Отвечу: термодиффузионное оцинкование муфт.
2. А наибольшую герметичность обеспечивают соединения Баттресс, премиум-соединения собственной разработки нашей компании.
3. Резьбы премиум-класса как раз и дают стабильно высокий показатель герметичности соединения.
4. На практике применяем смазки компании «РУСМА».
КОЛТЮБИНГ
Вопросы редакции БиН:
1. В чем преимущество колтюбинга при текущем и капитальном ремонте скважин?
2. Колтюбинговые установки и гибкая труба (ГНКТ) каких компаний наиболее предпочтительны, на ваш взгляд, по цене и качеству?
3. Каков ресурс гибкой трубы в эксплуатации?
Ринат Ильдусович ШАФИГУЛЛИН
1. Использование гибких труб при текущем и капитальном ремонтах скважин позволяет:
– выполнять работы на скважинах с аномально высоким давлением (АВПД) и аномально низким давлением (АНПД);
– увеличивать скорость выполнения работ;
– поддерживать фонд ППД в работоспособном состоянии с минимальными затратами на ТКРС;
– проводить обработки горизонтальных скважин в динамическом режиме при высоком давлении;
– выполнять работы без извлечения эксплуатационных НКТ.
2. По показателю цена/качество на российском рынке лидерствуют колтюбинговые установки «Фидмаша», а также Jereh, «ЕлАЗа». Гибкие трубы – Jason, ESTM.
3. О ресурсе гибких труб тоже можно сказать коротко, исходя из производственного опыта. При спускоподъемных операциях (СПО) 38,1 мм ГНКТ без ремонта на колтюбинговых установках позволяет провести при кислотных обработках призабойной зоны пласта (ОПЗ) до 80 СПО, а без кислотной обработки – до 100 СПО.
Владимир Иванович СЕМИН
Неоспоримы преимущества колтюбинга при текущем и капитальном ремонте скважин сложного профиля. Эта технология позволяет сократить рабочее время операции за счет использования непрерывной трубы и передачи достаточно ограниченной мощности привода. Колтюбинг незаменим при выполнении не трудоемких, но труднодоступных технологических операций.
БОРЬБА С КОРРОЗИЕЙ ТРУБ
Вопросы редакции БиН:
1. Какие специальные покрытия применяются для повышения коррозийной устойчивости труб?
2. Насколько увеличивается ресурс работы трубы при лакокрасочных, эмалевых, полимерных покрытиях буровых и насосно-компрессорных труб?
3. Какой эффект дают вложения во внутреннее покрытие труб?
Владимир Игоревич ТИХОМИРОВ
1. Современные внутренние покрытия должны выполнять функцию не только защиты от коррозии, но и обладать комплексом свойств, обеспечивающих защиту и от других факторов воздействия среды на трубы при их эксплуатации.
Сегодня основным типом комплексно защищающих внутренних покрытий являются полимерные покрытия. Они впервые были использованы для защиты бурильных труб более 80 лет назад и до настоящего времени продолжают использоваться нефтяными компаниями не только для защиты бурильных труб, но и труб НКТ, а также нефтепромысловых трубопроводов, различного сопутствующего оборудования и его элементов.
Покрытия серии ТК, которое является торговой маркой компании NOV Tuboscope, изготовлены на основе полимерных материалов и представлены линейкой покрытий для труб различного назначения и различных условий эксплуатации. В настоящее время в составе данной линейки представлены более тридцати покрытий, некоторые из которых присутствуют на рынке уже более 70 лет. Все покрытия ТК ранжированы по назначению труб, для которых они рекомендованы, по условиям их эксплуатации и основным факторам воздействия среды, по которым необходима защита или снижение ее негативного воздействия.
2. При успешном подборе покрытия из линейки ТК для решения определенных задач по защите или снижению негативного воздействия на трубы, в сочетании с соблюдением условий эксплуатации труб, срок службы бурильных труб и НКТ достигает 10 лет и более.
Таких показателей удалось достичь только при использовании комплексного процесса разработки и изготовления материала покрытий TK, соблюдении технологии по нанесению таких покрытий и строгом контроле качества. Участие в полном цикле разработки только одной компании предполагает особую ответственность за результаты по достижению максимального продления срока службы трубной продукции с покрытием.
3. Основной экономический эффект вложений в покрытия труб связан с увеличением срока службы трубной продукции и снижением эксплуатационных затрат по обслуживанию как труб с внутренним покрытием, так и скважин во время разработки, освоения и эксплуатации месторождений.
Дополнительный эффект обеспечивается за счет снижения гидравлических потерь, что может составлять приблизительно 10 % и более, в зависимости от назначения труб с внутренним покрытием и режима их эксплуатации по гидравлическим характеристикам, а также глубины скважины и состава среды.
Ринат Ильдусович ШАФИГУЛЛИН
В ПАО «Татнефть» внедрены и внедряются стеклопластиковые обсадные трубы (СПОТ), изготовленные на дочернем предприятии компании.
СПОТ обладает повышенной коррозионной стойкостью, по сравнению с металлическими обсадными трубами. Это крайне важно при добыче нефти на месторождениях с повышенным содержанием сероводорода.
Алексей Владимирович ВАХРУШЕВ
1. Внутренние полимерные покрытия применяют для повышения коррозионной устойчивости бурильных труб. Покрытия отличаются устойчивостью к гидроабразивному износу, температурой эксплуатации и адгезией к внутренней поверхности трубы. Наиболее часто применяемым покрытием для бурильных труб является ТК34, обладающее хорошим сочетанием всех основных характеристик.
2. Основной задачей внутренних покрытий бурильной трубы является защита внутренней поверхности от локальной и питинговой коррозии. В большинстве случаев такие покрытия эффективны при периодической эксплуатации трубы, для защиты в промежутках между ее работой в скважине, а также при применении химической обработки скважины. Увеличение ресурса трубы может зависеть от множества факторов, внутреннее покрытие – всего лишь один из них. Согласно некоторым открыто опубликованным исследованиям, при благоприятных условиях можно рассчитывать на двойное увеличение ресурса бурильной трубы и НКТ при применении внутреннего покрытия.
3. Учитывая высокую стоимость нанесения внутренних покрытий бурильной трубы, экономический эффект от их нанесения можно получить на премиальных бурильных трубах только при условии их правильной эксплуатации.
Алексей Александрович ДИКИЙ
1. Для повышения коррозийной устойчивости труб применяются сплавы 15ХГМФ для сварных труб с 1 % содержанием хрома; 22-25ГЮ – для сварных труб с объемной термообработкой.
2. Об увеличении ресурса покрытий не говорю, потому что пластмассовые и эмалевые покрытия нестабильны при эксплуатации, дороговаты и неремонтопригодны в сервисных условиях
Алексей Николаевич ДМИТРИЕВ
1. К коррозийно более устойчивым трубам отнесу легированные, хромомолибденовые.
2. Внутреннее полимерное покрытие на бурильных трубах в компании «ССК» применяется не так давно, порядка 2-х лет. Про увеличение ресурса работы трубы сейчас говорить еще сложно: необходим более длительный период времени эксплуатации данных труб.
Павел Анатольевич БИНКЕВИЧ
Использование внутренних пластиковых покрытий для бурильных труб значительно повышает надежность и ресурс инструмента. А при работе на месторождениях с проявлениями сероводорода внутреннее покрытие является вообще обязательным.
АЛЮМИНИЕВЫЕ ТРУБЫ
Вопросы редакции БиН:
1. Преимущество алюминиевых труб при бурении (по цене, ресурсу работы, удобству эксплуатации)?
2. Какова устойчивость алюминиевых труб к агрессивным средам?
Алексей Владимирович ВАХРУШЕВ
1. Алюминиевые бурильные трубы (ЛБТПН) в два раза легче стальных, оставаясь при этом относительно прочными. Они позволяют увеличить глубину бурения для существующих буровых установок, снизить нагрузку и момент, поскольку их вес в воздухе составляет половину веса аналогичных труб из стали. При погружении в буровой раствор они теряют 35 – 50 % своего веса в воздухе, по сравнению с 13 –21 % для стальных труб. Их применение позволяет снизить транспортные расходы и уменьшить износ подъемного оборудования буровой установки. Алюминиевые бурильные трубы могут заменить также специальные бурильные трубы антикоррозийного исполнения в скважинах, содержащих H2S или CO2, поскольку алюминий почти нейтрален по отношению к этим вызывающим коррозию веществам. Замки бурильных труб антикоррозионного исполнения ЛБТПН изготовлены из специальной устойчивой к коррозии стали. Включение труб ADP в бурильную колонну позволяет уменьшить вибрацию, распространяющуюся от бурового долота к буровой установке. Напряжения, возникающие в стенках труб ЛБТПН при искривлении ствола, почти в три раза меньше, по сравнению со стальными трубами, просто потому, что алюминий имеет другие физические свойства. Вот почему трубы ЛБТПН подходят для бурения боковых стволов с высокими темпами набора кривизны скважины. Эксплуатация ЛБТПН не отличается от эксплуатации СБТ при соблюдении правил и регламентов.
Цена ЛБТПН за метр примерно соизмерима с ценой СБТ. Однако ресурс ЛБТПН меньше, чем у СБТ: ЛБТПН подлежат не более одной перенарезке. При этом, учитывая их низкий вес, замки этих труб в меньшей степени подвержены износу, и их ресурса, как правило, хватает на весь срок службы трубы. При списании трубы значительную часть их стоимости можно вернуть при сдаче металла во вторичную переработку.
2. Алюминий обладает исключительной стойкостью к некоторым агрессивным средам, таким как сероводород и СО2, но подвержен воздействию некоторых кислот, в частности соляной кислоты. Антикоррозионные свойства алюминиевых сплавов были использованы в алюминиевых обсадных трубах и алюминиевых НКТ, которые были успешно испытаны в скважине с высоким содержанием сероводорода и СО2 в качестве замены труб 13CR. Такая замена дает высокий экономический эффект.
Алюминиевые бурильные трубы обычно эксплуатируются в тех же условиях, что и стальные бурильные трубы. Значительных ограничений по их эксплуатации нет, но есть специфические особенности, которые надо учитывать. В частности, одной из особенностей является применение сульфаминовой кислоты для кислотной обработки, которая их не повреждает.
Владимир Иванович СЕМИН
О преимуществе над стальными алюминиевых труб (ЛБТ) отечественной конструкции (ВНИИБТ) при бурении сверхглубоких скважин свидетельствует исторический опыт строительства Кольских скважин.
При существенном отклонении от профиля вертикальной скважины и усложнении технических условий бурения эксплуатационный ресурс ЛБТ меньше, чем у стальных труб, включая и показатель надежности…
Ринат Ильдусович ШАФИГУЛЛИН
Стандартно бурение скважин (БС), бурение горизонтальных скважин (БГС) производится с применением стальных бурильных труб. Учитывая их технические характеристики, бурение необходимо проводить по большему радиусу искривления скважин, тем самым проходя зоны осложнений, которые требуют больших материальных и временных затрат. Предлагается в качестве бурильных труб применять бурильные трубы, изготовленные из углепластикового материала, который позволит сократить радиус искривления скважин и не производить бурение в интервалах осложнений.
Кроме этого, при применении бурильных труб из углепластикового материала возможно использование буровых установок меньшей грузоподъемности с меньшей суточной ставкой.
Алексей Николаевич ДМИТРИЕВ
1. Относительно цены и ресурса алюминиевых труб в качестве преимущества над стальными бурильными трубами скажу честно – вопрос спорный…
А вот удобства эксплуатации известны:
– низкий вес и высокое облегчение в буровом растворе;
– изгибная прочность;
– проходимость в искривленном стволе с малым радиусом искривления;
– высокие виброгасящие и демпфирующие свойства;
– немагнитные свойства;
– легкая разбуриваемость.
Павел Анатольевич БИНКЕВИЧ
Большой интерес представляет оснащение легкосплавных бурильных труб хардбендингом для защиты замков от износа. В силу того, что производятся такие трубы по другой технологии, не как обычный бурильный инструмент, есть определенные технические сложности в нанесении твердосплавных поясков.
Евгений Сергеевич ЛЫСИКОВ
1. Стоимость алюминиевых бурильных труб не является преимуществом, а, наоборот, является их недостатком, как и прочностные характеристики (ниже, чем у стальных бурильных труб).
Применяются исключительно в разведочном бурении в связи с низкими прочностными характеристиками.