Состояние и перспективы производства и применения труб нефтепромыслового сортамента из алюминиевых сплавов

г.м. файн, Самарский Технический университет, Е.м. макаров, ОАО «СМЗ»

состояние и перспективы производства и применения труб нефтепромыслового сортамента из алюминиевых сплавов

Интенсивное развитие нефтяной и газовой промышленности в 50-60-е годы двадцатого века требовало новых технологических решений, позволяющих кардинально решить проблемы, связанные с совершенствованием бурильной колонны. Одной из основных характеристик бурильной колонны, определяющей технико-экономические показатели процесса проводки скважин и возможность достижения больших глубин скважин, является ее собственный вес. Алюминиевые сплавы, обладая высокой удельной прочностью (отношение предела текучести к плотности материала), обеспечивают наибольшую глубину спуска колонны в скважину, заполненную промывочной жидкостью, по сравнению с другими материалами.

В конце 50-х - середине 60-х годов специалистами ВНИИТнефть с привлечением куйбышевских металлургов был выполнен обширный комплекс научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, приведших к созданию, освоению производства и широкому промышленному применению бурильных труб из алюминиевых сплавов. В начале 70-х годов на Куйбышевском и Каменск-Уральском металлургических заводах были созданы специализированные цеха по производству легкосплавных бурильных труб (ЛБТ). Эти цеха были оснащены горизонтальными гидравлическими прессами усилием 4000 и 6000 т с управляемой прошивной системой и комплексом оборудования для термической обработки, правки, контроля труб, нарезания резьбы на концах труб и сборки труб со стальными замками, обеспечивающим высокопроизводительное поточное производство ЛБТ. Прессование с подвижной иглой переменного диаметра дает широкие возможности для изготовления труб с перемен-

ным по длине поперечным сечением. С учетом этих возможностей были разработаны конструкции труб для различных условий эксплуатации. Общий сортамент ЛБТ насчитывает к настоящему времени более 70 типоразмеров труб, обеспечивающих эффективное бурение скважин всех категорий глубин в разнообразных горногеологических и географо-климатиче-ских условиях с высокими технико-экономическими показателями. Высокая технико-экономическая эффективность применения ЛБТ при бурении нефтяных и газовых скважин (поисковых, разведочных, эксплуатационных) всех категорий глубин, разработка оптимальных технологий их применения, учитывающих специфику горно-геологических условий бурения, а также постоянная работа с потребителями — буровыми предприятиями позволили к началу восьмидесятых годов довести суммарный выпуск ЛБТ до 20-22,5 тысяч тонн в год. С применением ЛБТ в 80-х годах выполнялось до 70-75% всего годового объёма бурения

в СССР. Существенные технико-технологические преимущества применения ЛБТ в труднодоступных регионах, таких как Западная Сибирь и районы Крайнего Севера, позволили интенсифицировать ввод в эксплуатацию практически всех крупных месторождений этих регионов за счёт широкого внедрения кустового наклонно-направленного бурения, используя при этом буровые установки среднего класса с повышенной монтажеспособностью. Благодаря этому были интенсифицированы процессы поиска и разведки новых месторождений нефти и газа. Значительный объем применения ЛБТ приходился на долю Урало-Поволжского региона (Самарская область, Башкирия, Татария, Оренбуржье), где с их применением бурились скважины глубинами 1600-5000 метров. В Волгоградской и Саратовской областях осуществлялось бурение скважин глубинами 5000-7000 метров. Применение ЛБТ обеспечило России существенный приоритет при бурении уникальных сверхглубоких скважин, в

том числе и рекордной Кольской сверхглубокой (СГ-3), установившей абсолютный мировой рекорд глубины бурения — 12262 метра.

Проводившиеся научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы позволили выявить и наметить многие другие весьма перспективные направления применения алюминиевых сплавов в технологических процессах строительства скважин, добыче нефти и газа, транспортировке добываемой продукции, поиске, разведке и обустройстве месторождений. Многие из этих направлений подтверждены практическими результатами.

Чрезвычайно перспективны для широкого применения при бурении скважин специально разработанные и освоенные в производстве трубы так называемой «беззамковой» конструкции.

Эти трубы имеют комбинированные утолщения концов (наружу и внутрь), на которых нарезается с одного конца муфта, а с другого конца ниппель. Это стандартные замковые резьбы. Со стороны муфтового конца выполняется проточка для работы элеватора. Эти трубы применяются в составе технологических комплектов при работах, связанных с повышенной опасностью прихвата (всевозможные виды забойных заливок, работы пластоиспытателем и др.). Имеется обширный опыт использования этих труб на участках скважины, перекрытых технической колонной в местах интенсивного искривления, для предотвращения протирания обсадной колонны. Беззамковые трубы неплохо зарекомендовали себя и при бурении скважин турбинным способом. Интересно, что износостойкость замковых резьбовых соединений при их нормальной эксплуатации (правильный выбор момента свинчивания, применения соответствующих резьбовых смазок, культура обслуживания) достаточно высока и обеспечивает их надежную работу.

Разработаны и освоены производством ЛБТ с увеличенной толщиной стенки - ЛУБТ. Эти трубы предназначены в основном для компоновки низа бурильной колонны (КНБК). Благодаря парамагнитным свойствам эти трубы можно использовать при проведении инклинометриче-ских замеров в призабойной зоне скважин вместо дорогостоящих диамагнитных труб из специальных сплавов или аустенитных сталей.

Благодаря высокому значению логарифмического декремента затухания алюминиевых сплавов, характеризующего способность материала гасить упругие колебания, разработаны специальные так называемые «динамически мягкие» КНБК, применение которых обеспечивает существенное повышение проходки на долото и механической скорости бурения.

WWW.NEFTEGAS.INFO

ПК «Сибэнергомаш» (Барнаул) -

одно из ведущих предприятий России по производству оборудования для объектов энергетики, металлургии, нефтехимии, производства строительных материалов и других отраслей промышленности.

ПК «Сибэнергомаш» производит:

котлы энергетические и промышленные паропроизводительностью от 50 до 800 т/ч;

котлы водогрейные тепловой производительностью 30, 50, 100, 180 Гкал/ч;

• котлы-утилизаторы водогрейные тепловой производительностью 10 и 20 Гкал/ч для работы с ГТУ мощностью от 2,5 до 16 МВт;

котлы-утилизаторы паровые паропроизводительностью 18 и 43,6/6,1 т/ч.

Котлы обеспечивают сжигание любых видов топлива; в том числе:

бурых низкокалорийных высоковлажных углей и лигнитов;

сильношлакующих углей;

высокозольных углей с абразивной золой;

• газа и мазута;

мусора, бытовых и древесных отходов.

Для решения экологических проблем:

применяются технологические методы подавления образования оксидов азота в факельных топках;

• осуществляется сжигание твердого топлива в стационарном (КС) и циркулирующем (ЦКС) кипящих слоях со связыванием в процессе горения оксидов серы и подавлением образования оксидов азота.

Тягодутьевые машины

Дымососы

• Вентиляторы

Производство ПК «Сибэнергомаш» сертифицировано по международному стандарту качества ISO 2001.

Потребители: РАО ЕЭС России, предприятия промэнергетики; жилищно-коммунальное хозяйство

656037, Алтайский край, г. Барнаул, пр-т Калинина, 26 . тел: (3852) 77-75-20 | факс: (3852) 77-01-65 e-mail: par@energomash.ru

www.energomash.ru

Разрабатывались и выпускались ЛУБТ со спиральным оребрением наружной поверхности, причем, винтовое оре-брение наружной поверхности получается в процессе прессования трубной заготовки.

Эти трубы выполняют не только те функции, что выше описанные гладкие ЛУБТ, но и, благодаря наличию винтового оребрения, существенно снижают площадь контактного взаимодействия бурильной колонны со стенками скважины, уменьшая тем самым вероятность возникновения прихвата. Оре-брение способствует турбулизации потока промывочной жидкости в при-забойной зоне и улучшает ее промывку, благоприятно сказываясь на показателях бурения.

На базе этих труб возможно широкое применение так называемых виброга-сящих и виброуправляемых компоновок бурильной колонны, позволяющих существенно повысить технико-экономические показатели бурения. Весьма перспективно применение ЛБТ специальных конструкций при интенсивно развивающемся строительстве горизонтальных скважин большой протяжённости. Как показали аналитические расчеты и опыт проводки некоторых горизонтальных скважин, использование для компоновки нижних секций бурильной колонны ЛБТ и ЛУБТ позволяет существенно увеличить длину горизонтальной части ствола скважины и значительно снизить силы сопротивления перемещению бурильной колонны.

Весьма эффективно применение ЛБТ при бурении скважин с плавучих буровых установок. При этом значительно снижаются не только статические осевые растягивающие нагрузки, возникающие от собственного веса бурильной колонны, но и изгибающие нагрузки, обусловленные перемещением судна на акватории, волновой качкой и другими возмущающими факторами. Значительно снижается и уровень зна-

копеременных изгибающих нагрузок, воздействующих на секции бурильных труб, расположенных в направляющем раструбе бурового судна. Снижается так же и уровень динамических напряжений действующих на бурильную колонну, что обусловлено кратным снижением собственного веса колонны по сравнению с бурильной колонной, скомпонованной стальными бурильными трубами, а так же свойствами алюминиевых сплавов в значительной мере диссипировать энергию упругих колебаний. Это полностью подтверждено опытом применения ЛБТ при бурении глубоководных скважин в Атлантическом и Тихом океанах, Гибралтаре и некоторых других акваториях. Разработаны специальные трубы для бурения структурно-поисковых скважин, что позволило значительно увеличить глубины бурения с передвижных буровых станков небольшой грузоподъемности. С применением таких труб было пробурено несколько сотен структурно-поисковых скважин глубиной 500-700м. в Самарской области и получен при этом значительный технико-экономический эффект. Подобные трубы применялись при бурении скважин на воду. Разработаны трубы диаметром 54 и 60 мм для бурения геологоразведочных скважин на твердые полезные ископаемые. С их применением успешно бурились скважины на Кольском полуострове, Украине и некоторых других районах страны.

Весьма перспективно использование труб из алюминиевых сплавов для процесса крепления скважин. Такие трубы могут использоваться как для технических, так и для эксплуатационных обсадных колонн. Особый интерес представляет использование обсадных эксплуатационных колонн из алюминиевых сплавов. Проведенные аналитические работы свидетельствуют о том, что применяя их можно бурить глубокие скважины, используя при этом

передвижные буровые станки сравнительно небольшой грузоподъемности, поскольку глубина бурения с них лимитируется не только весом бурильной колонны (а ее планируется компоновать ЛБТ), но и весом спускаемой с этой же установки обсадной колонны. Отметим так же, что такая обсадная колонна из-за пониженного почти в 3 раза по сравнению со сталями модуля упругости значительно легче вписывается в стволы наклонно-направленных скважин с большим отходом от вертикали и в стволы горизонтальных скважин с большой протяженностью горизонтального участка ствола. В этих условиях уровень изгибающих напряжений, воздействующих на трубные резьбовые соединения, кратно ниже, чем в стальных обсадных трубах, что не приводит к их повреждению и возникновению негерметичности в процессе дальнейшей эксплуатации. Высокая стойкость алюминиевых сплавов в агрессивных промысловых средах, содержащих сероводород и углекислый газ, делает эксплуатационные колонны особенно перспективными на месторождениях, содержащих в добываемой продукции эти высокоагрессивные для сталей агенты. В России имеется уникальный опыт крепления скважины эксплуатационной колонной. В 1980 году на Мочале-евском месторождении в Самарской области была спущена обсадная колонна размером 168х10мм. из сплава Д16Т на глубину 1370 м, 24 года эта скважина находилась в эксплуатации, выведена из эксплуатации из-за предельной обводнённости добываемой продукции. Несмотря на то, что на скважине за весь период ее эксплуатации было выполнено более 40 подземных ремонтов (смены штанговых насосов, ликвидация аварийных ситуаций, связанных с обрывом штанг, депара-финизация и т.д.), обсадная колонна полностью герметична и, как показали проведенные исследования, ее вну-

\\ ТЕРРИТОРИЯ НЕФТЕГАЗ \\

№ 5 \\ май \ 2007

тренняя поверхность не имеет сколь-нибудь значительного износа. Скважина добывала обводненную нефть (обводнённость 75-80%). Обобщение и анализ обширного опыта использования ЛБТ в нашей стране позволил установить некоторые весьма существенные технико-экономические преимущества их использования. К ним, прежде всего относятся:

• Существенное увеличение глубин бурения с буровых установок средней грузоподъемности.

• Возможность значительного увеличения количества наклонно-направленных скважин, бурящихся с одного куста, что существенно снижает материальные и временные затраты при вводе в разработку месторождений, особенно расположенных в труднодоступных районах, например таких, как Западная Сибирь, районы Крайнего Севера, пришельфовые акватории.

• Существенное сокращение затрат времени на проведение спуско-подъемных операций.

• Кратное сокращение энергетических затрат на бурение скважин, обусловленное не только значительным снижением веса бурильной колонны, но и существенно улучшенными, по сравнению со стальными бурильными трубами, гидравлическими харак-

теристиками ЛБТ.

• Возможность более успешной ликвидации осложнений, возникающих в процессе бурения скважин.

• Значительное уменьшение эксплуатационных затрат за счет снижения расхода горюче-смазочных материалов, талевого каната, тормозных колодок, уменьшения ремонтов подъемного оборудования буровой установки и некоторых других факторов.

• Уменьшение транспортных расходов, особенно ощутимых при транспортировке труб в отдаленных и труднодоступных регионах.

• Улучшение условий труда буровых бригад.

Имеются и другие факторы, влияющие в положительную сторону на общую эффективность применения ЛБТ, которые неизбежно выявляются при организации их рационального использования, что, не в последнюю очередь, зависит от уровня квалификации инженерно-технического персонала буровых предприятий, применяющих ЛБТ. Весьма перспективно применение для процессов капитального ремонта скважин труб из алюминиевых сплавов диаметром 73-120 мм сборной и, преимущественно, беззамковой конструкции (без стальных соединительных элементов), в которых соединительные

резьбы выполняются непосредственно на трубе из алюминиевых сплавов. Их применение позволяет значительно повысить эффективность капитальных ремонтов скважин всех категорий глубин с существующего в России парка передвижных установок за счёт снижения веса трубных колонн. Это не только ускоряет сами процессы проведения ремонта и значительно снижает их стоимость, но и позволяет обеспечить ввод в эксплуатацию скважин, ликвидация аварийных ситуаций, в которых, невозможна с использованием традиционно применяемых для этих работ стальных бурильных труб. При применении для капитального ремонта ЛБТ значительно снижается вероятность повреждения внутренней поверхности обсадных колонн, подвергшихся за время эксплуатации интенсивному коррозионному поражению. Отметим, что в настоящее время в нашей стране имеется огромный фонд бездействующих скважин насчитывающий десятки тысяч, которые могут быть успешно введены в эксплуатацию, причём затраты на их капитальный ремонт могут быть существенно снижены при применении ЛБТ. К настоящему времени имеется значительный опыт применения ЛБТ в сборной и беззамковой конструкций при

РАЗРАБОТКА И РЕАЛИЗАЦИЯ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ ПРОЕКТОВ от 10 кВт ДЛЯ НЕЗАВИСИМОГО ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ до 100 МВт

ПОСТАВКА ОБОРУДОВАНИЯ - МОНТАЖ - ВВОД О ЭКСПЛУАТАЦИЮ - СЕРВИС

Газо-поршневые и газотурбинные мини-ТЭС, котельные Оборудование ведущих мировых производителей: CUMMINS, WG. Wilson, Goascor, Jenbacher, Caterpillar Гарантийное, послегарантийное и сервисное обслуживание, обучение персонала

Наша компания предлагает комплексный подход к решению проблемы гарантированного энергоснабжения Вашего предприятия посредством установки когенерационного оборудования (мини-ТЭС) для одновременной выработки электроэнергии, тепла и ГВС.

ЗАО «ТЕХМАШ0Б0РУД0ВАНИЕ»

199053, Санкт-Петербург, В.0.1ая линия, Д.34А е-таМ: power@tmo.ru +7-812-324-78-97,+7-921-878-22-63 Конт. лицо: Васильев Сергей Анатольевич

капитальном ремонте скважин. Они достаточно широко применяются на месторождениях Западной Сибири и Самарской области. Промысловый опыт свидетельствует о высокой эффективности их применения при ло-вильных работах, когда за счет значительного облегчения самой колонны труб удается существенно повысить величину освобождающего усилия прикладываемого непосредственно к аварийному объекту, что позволяет наиболее полно использовать резерв грузоподъемности установки для капитального ремонта скважин. Насосно-компрессорные трубы из сплавов алюминия (ЛНКТ) перспективны для эксплуатации скважин. Их применение в ряде случаев обеспечивает эффективную эксплуатацию скважин в специфических промысловых агрессивных средах, содержащих сероводород и углекислый газ. Использование ЛНКТ позволяет значительно снизить вес лифтовых колонн, что существенно уменьшает затраты на проведение периодических подземных ремонтов скважин (смена насосов, установка па-керующих устройств и т.д.). Специфические свойства поверхности ЛНКТ в значительной мере снижают скорость образования парафинистых отложений в трубах. Свойствами поверхности ЛНКТ обусловлено и снижение гидравлических потерь при движении в них жидкости. Как показали проведенные исследования гидравлические потери в трубах из алюминиевых сплавов на 12-15% ниже, чем в стальных. Это снижает затраты энергии, в том числе и пластовой, что может привести к увеличению сроков фонтанной эксплуатации скважин, а при эксплуатации скважин механизированным способом обеспечивает непосредственную экономию электроэнергии. В 70-х годах было выпущено более 4000 тонн ЛНКТ диаметрами 75, 90 и 115 мм. Они успешно эксплуатировались в фонтанных и газлифтных сква-

жинах, скважинах оборудованных электропогружными центробежными насосами, а так же в нагнетательных скважинах внутриконтурного и законтурного заводнения. География применения этих труб была весьма широка. Они использовались на месторождениях Урало-Поволжья, Западной Сибири, Азербайджана, нефтяных и газовых месторождениях Средней Азии, Сахалина и других регионах. На некоторых месторождениях срок службы ЛНКТ существенно (в 2-3 раза) превосходил срок службы традиционных стальных НКТ. Вместе с тем было выявлено, что успешное применение ЛНКТ в значительной мере зависит от выбора объекта эксплуатации и соблюдения соответствующих технологических рекомендаций, которые следует разрабатывать в тесном контакте с инженерно-техническими службами нефтегазодобывающих предприятий. ЛНКТ размером 115х8 мм с успехом применялись на газовом месторождении Северный Мубарек в Туркмении, где в добываемом газе содержалось значительное количество сероводорода и углекислого газа. Такие же результаты были достигнуты и на некоторых газовых месторождениях Сахалина. Высокая коррозионная стойкость в ряде специфических агрессивных сред, добываемых совместно с продукцией на нефтяных и газовых месторождениях, в сочетании с высокой технологичностью алюминиевых сплавов делает их перспективным материалом для применения их в промысловых коммуникациях. Имеется опыт применения труб из алюминиевых сплавов для достаточно протяженных водоводов в системах заводнения в Узбекистане и Самарской области. Особенно перспективно их применение в системах внутрипромысловых коммуникаций трубопроводов из алюминиевых сплавов с внутренней плакировкой техническим алюминием. Некоторые научные и технические обоснования по

этому направлению работ в отечественной практике уже имеются. Последние десятилетия интенсивно развиваются работы по поиску, разведке и эксплуатации месторождений нефти и газа на континентальном шельфе. Бурение скважин и их эксплуатация, а также транспортировка добываемой продукции в этих условиях имеет ряд специфических особенностей и требует применения соответствующего технологического оборудования, обладающего повышенными эксплуатационными характеристиками для работы в этих условиях. Как показали исследования, проводившиеся в нашей стране и за рубежом, применение изделий из алюминиевых сплавов в этих условиях чрезвычайно перспективно. Это и бурильные трубы, трубы для капитального ремонта скважин, ЛНКТ, всевозможные виды технологических трубопроводов, придонное оборудование. Весьма эффективное направление применения алюминиевых сплавов для изготовления водоотделяющих колонн (райзеров) особенно для глубоководного бурения — при глубинах Мирового Океана превышающих 1500-2000м. Имея мощные пресса - экструзионный пресс усилием 20000 т и штамповочный пресс усилием 75000 т, изготавливает для райзеров длинномерные трубы диаметром 570 мм со стенкой 35,5 мм и штампованные фланцы большого диаметра, а также сервисные трубы различных размеров из высокопрочных алюминиевых сплавов 1980 Т1 и 1953 Т1. Применение алюминиевых райзеров позволяет проводить бурение при глубинах моря до 2500-3500 м.

Как следует из приведённого выше обзора работ использование изделий из сплавов алюминия в нефтегазодобывающей промышленности чрезвычайно эффективно. Имеются значительные резервы для дальнейшего развития этих работ.

^>uf¡

Approved Event

2-5 октября 2007

Ал маты, Казахстан

KIOGE

15-я Юбилейная Казахстанская международная выставка и конференция

НЕФТЬ И ГАЗ

M WE3H ТСС PL

Организаторы:

ITE Group Pic (Лондон) : Тел.: +44 (0)20 7596 5000; Факс:+ 44 (0)20 7596 5106; julia.romanenko@ite-exhibitions.com

Iteca (Алматы): Тел.: +7 (327) 258 34 34; Факс: +7 (327) 258 34 44; olessya.makarenko@iteca.kz

ITE LLC (Москва) : Тел.: +7 095 9357350; Факс: +7 095 9357351; oii-gas@ite-expo.ru

GIMA (Гамбург): Тел.: +49 (0) 40 235 24 201 ; Факс: +49 (0) 40 235 24 410; freckmann@gima.de

При поддержке:

Мунайаз

Министерства энергетики и минеральных ресурсов Республики Казахстан

www.kioge.kz • www.kioge.com