НАСОСНО-КОМПРЕССОРНАЯ СТАЛЬНАЯ ТРУБА И КОЛОННА НАСОСНО-КОМПРЕССОРНЫХ СТАЛЬНЫХ ТРУБ
STEEL TUBING AND STEEL FLOW STRING

Изобретение относится к области добычи нефти и газа, в частности к конструкции труб, которые используют для добычи нефти из скважин.
Известна насосно-компрессорная металлическая труба в составе колонны труб, содержащая соединенные между собой в колонну трубы, причем каждая труба имеет на концах средство для соединения труб между собой (см., патент US 2002/0096335 A1, 25.07.2002).
Данная насосно-компрессорная труба изготовлена из алюминиевого сплава, что позволяет обеспечить хорошие весовые и прочностные характеристики. Однако и в этом случае не удается избежать образования отложений на внутренней поверхности колонны труб, что снижает эффективность добычи нефти из скважин.
Известна колонна насосно-компрессорных труб, содержащая стальные металлические трубы, соединенные между собой (см., международную заявку WO 02/063128 A1, 15.08.2002).
Колонну труб формируют путем связки в пучок различного рода труб для транспортировки углеводородов, подачи инжекционной воды или газа для эрлифта.
Однако при транспортировке нефти, например, содержащей много парафина, на внутренней поверхности труб происходит образование отложений, которые забивают трубы, что приводит к остановке добычи нефти из скважины.
Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является насосно-компрессорная труба, содержащая выполненные на концах трубы средства для соединения труб между собой, при этом для предотвращения или снижения асфальто-смолистых отложений со стороны внутренней поверхности трубы выполнено силикатно-эмалевое покрытие, причем толщина покрытия составляет 0,10-1,0 мм, а средство соединения между собой труб выполнено в виде выполненной на наружной поверхности трубы резьбы (см. свидетельство на полезную модель RU №31256, 27.07.2003).
Из этого же свидетельства известна колонна насосно-компрессорных металлических труб, содержащая соединенные между собой с помощью муфт в колонну трубы, причем для предотвращения или снижения асфальто-смолистых отложений со стороны внутренней поверхности колонны труб, последние, образующие верхнюю часть колонны труб, покрыты эмалью, толщина покрытия которого составляет 0,10-1,0 мм, в качестве покрытия используют силикатно-эмалевое покрытие, а длина участка колонны труб, покрытых эмалью со стороны внутренней поверхности, составляет от 0,05 до 1,0 общей длины, расположенной в скважине, колонны труб.
Задачей изобретения является повышение эффективности использования насосно-компрессорных труб в составе колонны труб путем предотвращения процесса образования сколов и трещин в покрытии из силикатной эмали в процессе эксплуатации и защита от коррозии внутренней поверхности насосно-компрессорных труб.
Технический результат заключается в повышении надежности эксплуатации насосно-компрессорных стальных труб в составе колонны труб за счет предотвращения, а в ряде случаев резкого снижения образования трещин и сколов покрытия и, как следствие, предотвращение асфальтено-смолисто-парафинистых отложений (АСПО) и гидратных пробок со стороны внутренней поверхности насосно-компрессорных стальных труб как в скважине, так и на поверхности.
Указанная задача в части насосно-компрессорной стальной трубы решается, а технический результат достигается за счет того, что насосно-компрессорная стальная труба содержит выполненную на своих концах (как гладких, так и высаженных наружу) наружную резьбу для соединения насосно-компрессорных стальных труб между собой посредством муфт, причем со стороны внутренней поверхности насосно-компрессорная стальная труба выполнена с покрытием из силикатной эмали, а толщина покрытия составляет 0,1-0,5 мм, при этом со стороны внутренней поверхности насосно-компрессорной стальной трубы в покрытии сформирован кольцевой участок из расплава силикатной эмали насыщенной оксидами железа толщиной 2,5%-25% от общей толщины слоя покрытия, над которым сформирован промежуточный кольцевой силикатно-эмалевый участок слоя с газовыми включениями, заполненными оксидами углерода и водородом, толщиной 70%-95% - от общей толщины слоя покрытия, а над последним сформирован верхний кольцевой участок покрытия с огненно-полированной поверхностью силикатной эмали толщиной 2,5%-25% от общей толщины слоя покрытия, причем температурный коэффициент линейного расширения изготовленного на внутренней поверхности насосно-компрессорной стальной трубы покрытия из силикатной эмали составляет от 0,6 до 0,97 от температурного коэффициента линейного расширения стали из которой изготовлена насосно-компрессорная стальная труба.
Указанная задача в части колонны насосно-компрессорных стальных труб решается, а технический результат достигается за счет того, что колонна насосно-компрессорных стальных труб содержит соединенные между собой в колонну муфтами насосно-компрессорные стальные трубы с наружной резьбой на концах, при этом со стороны внутренней поверхности насосно-компрессорных стальных труб, последние, образующие верхнюю часть колонны насосно-компрессорных стальных труб, выполнены с покрытием из силикатной эмали, а длина сборки из насосно-компрессорных стальных труб покрытых силикатной эмалью со стороны внутренней поверхности, составляет от 0,05 до 1,0 общей длины расположенной в скважине колонны насосно-компрессорных стальных труб, при этом толщина покрытия составляет 0,1-0,5 мм, причем со стороны внутренней поверхности насосно-компрессорных стальных труб в покрытии сформирован кольцевой участок из расплава силикатной эмали, насыщенной оксидами железа толщиной 2,5%-25% от общей толщины слоя покрытия, над которым сформирован промежуточный кольцевой силикатно-эмалевый участок слоя с газовыми включениями, заполненными оксидами углерода и водородом, толщиной 70%-95% - от общей толщины слоя покрытия, а над последним сформирован верхний кольцевой участок покрытия с огненно-полированной поверхностью силикатной эмали толщиной 2,5%-25% от общей толщины слоя покрытия, причем температурный коэффициент линейного расширения покрытия из силикатной эмали составляет от 0,6 до 0,97 от температурного коэффициента линейного расширения стали из которой изготовлена насосно-компрессорная стальная труба.
Изучение физико-химических и механических свойств различных составов сплавленных эмалей выявило технологические параметры производства эмали и ее характеристики (понижение температуры сплавления и обжига; плотная микро- и макроструктура в виде новых сложных химических соединений и связей), регулируя которые можно сплавлять эмали с заданным химическим составом и требуемым комплексом механических и эксплуатационных свойств покрытия силикатной эмалью с учетом материала эмалируемого изделья, в том числе содержания в стальном изделии углерода. В ходе проведенного исследования была выявлена возможность формировать в слое нанесенной на насосно-компрессорную стальную трубу силикатной эмали кольцевых участков различающихся по толщине и составу. Путем регулировки времени выдержки и температуры формируется взаимодействующий с внутренней поверхностью насосно-компрессорной стальной трубы кольцевой участок, причем чем ниже вязкость эмали, тем выше адгезия по отношению к внутренней стальной стенке насосно-компрессорной трубы, а чем более развит этот слой, тем выше прочность сцепления (адгезия) покрытия.
Указанная регулировка неразрывно связана с формированием следующего кольцевого участка, причем можно предварительно отжечь внутреннюю металлическую поверхность насосно-компрессорной трубы и, тем самым резко уменьшить содержание углерода в поверхностном слое и таким образом уменьшить количество пузырьков. Можно делать сухое эмалирование без глины и воды, что также позволяет уменьшить количество пузырьков, а регулируя время выдержки увеличиваем или уменьшаем размер пузырьков. Кроме того, на распределение пузырьков оказывает влияние вязкость силикатной эмали.
Верхний с огненно-полированной поверхностью силикатной эмали участок покрытия с увеличенной электроотрицательностью (лиофильностью) позволяет практически полностью исключить асфальтено-смолисто-парафинистые отложения (АСПО) и образование гидратных пробок со стороны внутренней поверхности насосно-компрессорных стальных труб.
Известно, что насосно-компрессорные трубы в процессе эксплуатации испытывают следующие воздействия: изгибы внутри скважины сжатие и скручивание концевых участков под резьбой воздействие агрессивных сред таких как закачиваемых в пласт кислот или откачиваемой из скважины пластовой жидкости с содержанием кислот, сероводорода и иных агрессивных составляющих, воздействие тяжелых фракций нефти, стремящихся выкристаллизовываться на внутренней поверхности насосно-компрессорных труб по мере понижения температуры и выделения растворенного в нефти газа.
Каждый из описанных выше участков покрытия таким образом исполняет свою работу: участок покрытия, взаимодействующий со стенкой, отвечает за степень адгезии - прочность сцепления покрытия со стальной внутренней стенкой, следующий слой с пузырьками за гибкость слоя покрытия - дает пластичность покрытию, а верхний участок с гладкой наружной поверхностью обеспечивает коррозионостойкость и предотвращает налипание АСПО. Причем установлено, что наилучшие результаты достигнуты при указанных выше толщинах участков покрытия и приведенных соотношениях ТКЛР, причем указанные диапазоны толщин и ТКЛР гарантируют сплошность покрытия до значений 0,95-0,98 предела текучести металла стальных насосно-компрессорных труб.
Процесс эксплуатации сводится к периодическому контролю подачи добываемой из скважины среды. При снижении производительности принимается решение к прочистке труб скребками или к подъему колонны насосно-компрессорных труб для проведения очистки внутренней поверхности от образовавшихся отложений.
Настоящее изобретение может быть использовано в нефтедобывающей и других отраслях промышленности, где имеются проблемы к зарастанию внутренней поверхности колонны труб различного рода отложениями.