Технические науки/7. Трубопрокатное
производство
к.т.н. Касенов А.Ж., магистрант
Березанцева Л.И.
Павлодарский
государственный университет имени С. Торайгырова, Республика Казахстан,
Павлодар
Повышение герметичности, прочности,
долговечности резьбового соединения «труба-муфта»
Резьбовые соединения в значительной степени
определяют надежность бурильных, обсадных и насосно-компрессорных труб. Сегодня
при бурении и освоении скважин в основном используются специальные конические
резьбовые соединения или резьбы с замковыми соединениями [1].
Проблема герметичности и прочности резьбовых
соединений труб нефтяного сортамента весьма актуальна, т.к. она неразрывно
связана с безаварийностью проводки и крепления, долговечностью и безопасностью
эксплуатации нефтяных и газовых скважин.
Вопросы
герметичности резьбовых соединений в основном решают в двух направлениях:
1.
Герметизацией резьб путем применения различных герметизирующих материалов;
2.
Созданием резьбовых соединений «Premium», которые имеют узлы герметичности.
Над
проблемой повышения технико-экономической эффективности, надежности и
совершенствования конструкций резьбовых соединений проводятся исследования
ведущих специалистов. Мировые трубные компании инвестируют значительные
средства в улучшение и разработку новых конструкций резьб. Герметичность
резьбовых соединений труб – это свойство соединений, обеспечивающее их
непроницаемость при нагружении избыточным давлением жидкости или газа в течение
длительного времени.
В
первую очередь на проницаемость резьбовых соединений влияют конструктивные
особенности резьбы. Зазоры в резьбе представляют собой винтовые каналы и носят
название конструктивных. Основное назначение конструктивных зазоров –
обеспечение удовлетворительного свинчивания резьбовых соединений. 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.
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.
ООО
«Полимер Сервис» разработало Clear Make Up Technology «СМТ» – технологию
чистого свинчивания, которая внедрена в производство. Технология «СМТ» основана
на применении самосмазывающего фторполимерного сухого покрытия резьбы муфты
«МАОКПЛАУН™» на заводе – изготовителе труб. 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 [2].
Все чаще
возникает потребность в использовании более совершенных конструкций резьбовых
соединений с высокими техническими показателями по надежности, долговечности и
ресурсу. Во многом поэтому на трубном рынке стал развиваться сегмент резьбовых
соединений «Premium-класса», обладающих лучшей свинчиваемостью, высокой
стойкостью к изгибающим, растягивающим и сжимающим нагрузкам, а также к высоким
температурам и давлениям. Еще одно отличие Premium-резьб от стандартных состоит
в независимости уплотнительных поверхностей от профиля резьбы, что обеспечивает
более надежные показатели гидро- и, особенно газоизоляции, и другие
преимущества [1].
Учитывая широкомасштабные планы Казахстана по освоению
каспийского шельфа, для нашей страны это более чем актуально. ПФ ТОО «KSP Steel» ведет переговоры с рядом компаний,
обладающих технологиями и ноу-хау для производства премиальных соединений о
сотрудничестве. Кроме того, ведут разработку собственных соединений такого
класса и двигаются в этом направлении очень интенсивно [3].
Резьбовые соединения класса «Premium» выполняются на бурильных, обсадных и насосно-компрессорных
трубах, предназначенных для бурения и строительства герметичных колонн
различного назначения. Они могут применяться в вертикальных,
наклонно-направленных, горизонтальных скважин нефтяных, газовых,
газоконденсатных месторождений со сложными условиями эксплуатации (высокие
растягивающие, сжимающие, изгибные нагрузки, избыточный крутящий момент,
агрессивные среды, содержащие H2S и CO2, низкие и высокие
температуры) [4].
Основные преимущества резьб класса «Premium»:
1. Соединения класса «Premium» для обсадных и
насосно-компрессорных труб это высокотехнологичный продукт комбинирующий в себе
результаты практических и теоретических изысканий.
2. Высокая прочность делает этот вид соединений
пригодным для глубоких и очень глубоких скважин.
3. Хорошие характеристики уплотнения
обеспечивает возможность применения в газовых скважинах высокого давления,
нефтяных скважинах и эксплуатационных скважин месторождений, разрабатываемых
тепловыми методами.
4. Высокое сопротивление изгибу позволяет
использовать соединения класса «Premium» для наклонно-направленных скважин,
скважин с дислокациями вдоль разломов и горизонтальных скважин.
5. Соединения класса «Premium» отличаются
простотой и быстротой установки, их сложно привинтить с перекосом, благодаря
чему они удобны для проведения буровых работ в тяжелых условиях, например в
пустыне, океане и т.д.
6. Сопротивляемость склеиванию резьбы
обеспечивает возможность неоднократного закручивания/раскручивания соединений
без вреда для резьбы.
7. Соединения класса «Premium» отличаются
высоким сопротивлением крутящему моменту и отличной коррозионной стойкостью [5].
Но, тем не менее, в её разработку и испытания
премиальной продукции вложены значительные ресурсы как финансовые, так и
интеллектуальные. Все Premium-соединения защищены патентами и успешно прошли
испытания в специализированных испытательных центрах. В производстве Premium-продукция
также затратна: она требует безупречной точности соединений, бережного
отношения к уплотнительным плоскостям, другие дополнительные операции – времени
на обработку трубы с премиальными резьбами тратится в несколько раз больше.
Должна быть создана производственная площадка, на которой будет изготавливаться
только продукция класса «Premium». Должно быть подобрано соответствующее
высокоточное оборудование, нацеленное на формоизменение труб перед нарезкой,
специальную обработку. Культура производства продукции Premium-класса
отличается на всех этапах – от выбора площадки и персонала до дополнительного
контроля, упаковки и доставки заказчику [6].
Таким образом, для повышения герметичности, прочности,
надежности и долговечности резьбовых соединений на бурильных, обсадных,
насосно-компрессорных трубах применяются специальные смазки типа Clear
Make Up Technology
«CMT» – технология чистого свинчивания и резьбы класса «Premium».
Литература:
2.
Новое решение проблемы герметичности резьбовых соединений обсадных колонн с использованием
«Технологии чистого свинчивания» [Электронный ресурс]: журн. «Бурение и нефть» // – Электрон. журн. – 2012. –
режим доступа к журн.: http://www.urm.ru/ru/75journal186article2011
4. Резьбовые соединения «Премиум» [Текст] // Справочник. –
Москва. – 2013. 170 с.
5. Соединения Класса «Премиум» [Электронный ресурс] Режим
доступа: http://jst-pipes.ru/premium-connection.html
6. Рекин
С. Мы не стоим на месте [Текст] // Уральский рынок металлов. – 2011. – №5. – С. 8-11.