Методология разработки нормативной базы, определяющей качество внутреннего полимерного покрытия насосно-компрессорных труб тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.13, кандидат технических наук Макаренко, Алексей Витальевич

• Макаренко, Алексей Витальевич
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Макаренко, Алексей Витальевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА.

1.1. Анализ причин отказов колонн НКТ при различных способах добычи нефти и выявление частоты их проявления.

1.2. Недостатки отечественной и зарубежной нормативной документации, определяющей качество НКТ, и обоснование требуемого качества НКТ в различных условиях эксплуатации.

1.3. Обоснование преимуществ НКТ с внутренним полимерным покрытием. Цель и задачи исследования.

1.4. Выводы по главе 1.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДОЛОГИИ СОЗДАНИЯ НОРМАТИВНОЙ БАЗЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩЕЙ КАЧЕСТВО ВНУТРЕННЕГО ПОЛИМЕРНОГО ПОКРЫТИЯ НКТ.

2.1. Анализ действующей отечественной и зарубежной нормативной документации, определяющей качество полимерного покрытия труб, и ее недостатки.

2.2. Разработка основных принципов создания нормативной базы, определяющей качество внутреннего покрытия НКТ в различных условиях эксплуатации, и методики формулирования технических требований к покрытию НКТ для конкретного месторождения на ее основе.

2.3. Разработка методики выбора оптимальной конструкции внутреннего полимерного покрытия НКТ.

2.4. Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ СООТВЕТСТВИЯ ФАКТИЧЕСКОГО КАЧЕСТВА ВНУТРЕННЕГО ПОЛИМЕРНОГО ПОКРЫТИЯ НКТ ТРЕБУЕМОМУ КАЧЕСТВУ.

3.1. Анализ существующих методов контроля качества полимерного покрытия нефтегазопроводных труб и обоснование необходимости разработки новых методов контроля качества внутреннего покрытия

3.2. Разработка метода контроля относительного изменения адгезионной прочности внутреннего покрытия НКТ на двух базах времени испытаний при комплексном воздействии модельной среды, повышенной температуры и давления.

3.3. Разработка метода контроля диэлектрической сплошности внутреннего покрытия НКТ при поперечном изгибе в условиях комплексного воздействия модельной среды и повышенной температуры.

3.4. Разработка метода контроля диэлектрической сплошности внутреннего покрытия НКТ при действии контактной нагрузки на их наружную поверхность.

3.5. Разработка метода контроля сопротивления сдвигу отложений АСП и минеральных солей относительно поверхности внутреннего покрытия НКТ.

3.6. Выводы по главе 3.

Глава 4. РАЗРАБОТКА КОРПОРАТИВНОЙ НОРМАТИВНОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ, ОПРЕДЕЛЯЮЩЕЙ КАЧЕСТВО ВНУТРЕННЕГО ПОЛИМЕРНОГО ПОКРЫТИЯ НКТ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ СКВАЖИН УЭЦН НА МЕСТОРОЖДЕНИЯХ ЗАПАДНОЙ

СИБИРИ.

4.1 Анализ специфики условий работы колонн НКТ в скважинах, эксплуатируемых УЭЦН, на месторождениях Западной Сибири.

4.2. Разработка и внедрение на предприятиях, осуществляющих внутреннюю изоляцию НКТ, технических условий на внутреннее полимерное покрытие НКТ, применяемых при добыче нефти УЭЦН.

4.3. Выводы по главе 4.

ВЫВОДЫ.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методология разработки нормативной базы, определяющей качество внутреннего полимерного покрытия насосно-компрессорных труб»

Трубопроводная система, используемая для транспорта к потребителю извлекаемых из пласта нефти и газа, включает в себя три взаимосвязанных и последовательно расположенных звена:

- колонна насосно-компрессорных труб (НКТ) в добывающих скважинах, предназначенная для транспорта нефти или газа от забоя к устью скважины;

- промысловые трубопроводы, используемые в технологических системах сбора и предварительной подготовки нефти и газа;

- магистральные трубопроводы, предназначенные для поставки нефти и газа потребителю.

В рассмотренной единой трубопроводной системе колонны НКТ являются одним из наиболее ответственных звеньев, от безаварийной работы которой зависит себестоимость добычи нефти и газа.

Колонны НКТ в скважинах помимо основной функции - подъема продукции скважины на поверхность, выполняют ряд других не менее важных функций: транспортирование в скважину технологических сред; подвеска в скважине оборудования для выполнения ряда технологических операций; проведение в скважине ремонтных работ.

В процессе эксплуатации НКТ подвергаются интенсивной электрохимической коррозии, корозионному растрескиванию, коррозионной усталости, сульфидному растрескиванию, образованию твердых отложений минеральных солей и асфальтосмолопарафинов (АСП) на их внутренней поверхности, коррозионно-механическому износу в паре трения с муфтами насосных штанг и центраторами, что обусловливает их частые отказы или низкую эффективность работы.

Накопленный опыт эксплуатации НКТ в различных условиях показывает, что одним из перспективных направлений предотвращения указанных процессов является применение полимерных покрытий. Правильно подобранные материалы и конструкции покрытий на их основе защищают металл от разрушения в коррозионно-активных и сорбционно-активных средах, предотвращают образование отложений ДСП и минеральных солей, защищают от износа, снижают гидравлическое сопротивление и др.

Наряду с этим имеется достаточно много примеров низкой эффективности и ограниченного срока службы используемых покрытий, необоснованных значительных материальных затрат на их применение. Сложившаяся ситуация объясняется отсутствием нормативной базы, определяющей качество внутреннего покрытия НКТ в соответствии с его назначением, методики разработки подобной нормативной базы, методики выбора оптимальной конструкции покрытия для конкретных условий эксплуатации. Поэтому решение указанных вопросов является актуальной проблемой.

Заключение диссертации по теме «Машины, агрегаты и процессы (по отраслям)», Макаренко, Алексей Витальевич

ВЫВОДЫ

1. Систематизированы виды дефектов тела НКТ, возникающих в различных условиях эксплуатации, установлена взаимосвязь этих дефектов с процессами, вызывающими их образование, и свойствами тела НКТ, обусловливающими предотвращение этих процессов. Показано, что действующая нормативная документация, определяющая качество НКТ, не обусловливает выполнение ими своего назначения, в связи с отсутствием в ней требований к ряду свойств тела НКТ, определяющих его требуемое качество в различных условиях эксплуатации.

2. Сформулирован и обоснован комплекс свойств тела НКТ, определяющий его требуемое качество в различных условиях эксплуатации. Показана целесообразность разбиения этого комплекса на две группы: свойства поверхностного слоя во внутренней полости НКТ и свойства тела НКТ за исключением свойств поверхностного слоя во внутренней полости НКТ. Показано, что подобный дифференцированный подход к свойствам тела НКТ позволяет создать оптимальную многослойную конструкцию НКТ с требуемым градиентом свойств по толщине стенки, используя для создания подобной конструкции биметаллы, сочетание металла с различными видами защитных покрытий, технологические методы воздействия на поверхностный слой и др.

3. Обоснованы преимущества НКТ с внутренним полимерным покрытием. Показано, что причиной ограниченного и недостаточно эффективного применения НКТ с используемыми в настоящее время полимерными покрытиями при различных способах добычи нефти является отсутствие нормативной базы, определяющей качество покрытия в соответствии с его назначением, методики разработки подобной нормативной базы, методики выбора оптимальной конструкции покрытия.

4. Систематизированы функции внутреннего покрытия НКТ в различных условиях эксплуатации и установлена взаимосвязь между каждой конкретной функцией покрытия и свойствами покрытия, определяющими его способность выполнять эту функцию. Выявлены и обоснованы показатели по каждому из требуемых свойств покрытия НКТ и нормы на эти показатели, обусловливающие способность покрытия выполнять заданные функции при различных видах внешнего воздействия на него в течение регламентированного срока службы, что позволило создать нормативную базу, определяющую требуемое качество покрытия НКТ различного назначения и разработать на ее основе методику формулирования технических требований к покрытию НКТ конкретного назначения.

5. Впервые разработаны методы расчета:

- нормы на относительное изменение адгезионной прочности покрытия на двух базах времени испытаний в модельной среде, базирующейся на математической модели кинетики изменения адгезионной прочности в различных условиях эксплуатации и регламентированном сроке службы покрытия;

- нормы на удельное усилие сдвига отложений АСП и минеральных солей относительно поверхности покрытия, обеспечивающей срыв этих отложений силой трения потока жидкости в колонне НКТ;

- нормы на шероховатость поверхности покрытия, обеспечивающей гидравлически гладкое течение жидкости в колонне НКТ.

6. Разработана методика выбора оптимальной конструкции внутреннего покрытия НКТ, предусматривающая три последовательных этапа выполнения этого процесса: 1) выбор материалов покрытия, по каждому требуемому показателю свойства покрытия и нормы на этот показатель; 2) формирование возможных вариантов многослойной конструкции покрытия из выбранных материалов в соответствии с предложенной иерархической схемой распределения слоев из различных материалов в соответствии с требуемым градиентом свойств; 3) выбор оптимальной конструкции покрытия на основе экономической оценки предварительно выбранных вариантов по укрупненным показателям: стоимость используемых материалов на 1 м2 изолируемой поверхности и стоимость формирования покрытия из этих материалов, отнесенная к 1 м2 изолируемой поверхности.

7. Разработаны методы и технические средства контроля следующих свойств внутреннего покрытия НКТ:

- относительного изменения адгезии покрытия непосредственно на внутренней поверхности труб малого диаметра на двух базах времени испытаний в условиях комплексного воздействия на покрытие эксплуатационной среды, давления среды и повышенной температуры с обеспечением на ограниченной базе времени лабораторных испытаний ускоренного проникновения модельной среды к поверхности контакта покрытие - металл через искусственно созданный в покрытии дефект в виде канавки до металла, опоясывающей контролируемый участок покрытия; диэлектрической сплошности покрытия при деформации изолированного металла в условиях поперечного изгиба с заданной стрелой прогиба или действия внешней контактной нагрузки при одновременном воздействии эксплуатационной среды и температуры;

- сцепления покрытия с твердыми отложениями АСП и минеральных солей в условиях, моделирующих срыв твердых отложений с поверхности покрытия силой трения потока жидкости в колонне НКТ.

8. Разработаны, утверждены и внедрены в ЗАО «УпоРТ» ОАО «Трубная металлургическая компания» в 2009г. Технические условия «Насосно-компрессорные трубы с внутренним защитным покрытием, формируемым на НКТ с муфтой и НКТ без муфты».

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Макаренко, Алексей Витальевич, 2010 год

1. Тоник А.А. Коррозия нефтепромыслового оборудования и меры ее предупрежления. М.: Недра, 1976.

2. Протасов В.Н., Султанов Б.З., Кривенков С.В. Эксплуатация оборудования для бурения скважин и нефтегазодобычи. М.: Недра, 2004.

3. Сароян А.Е., Субботин М.А. Эксплуатация насосно-компрессорных труб. -М.: Недра. 1985.

4. Похмурский В.И. Коррозионная усталость металлов. М.: Металлургия. 1985.

5. Розенфельд И.Л. Коррозия и защита металлов. М.: Металлургия, 1970.

6. Щербюк Н.Д, Якубовский Н.В. Резьбовые соединения труб нефтяного сортамента и забойных двигателей. — М.: Недра. 1974.

7. Северинчик Н.А., Лудручак Е.В. Смазки ГС эффективное средство для повышения ресурса резьбовых соединений нефтепромысловых труб. М.: ВНИИОЭНГ, 1997.

8. Левин С.М. Виды изнашивания и причины отказов оборудования. Под ред. Пичугина В.Ф. М.: ГАНГ, 1998.

9. Песляк Ю.А., Уразаков К.Р. Трение штанг в наклонно направленной скважине. Нефтяное хозяйство, 1990, №10.

10. Уразаков К.Р., Богомольный Е.И., Сейтпагамбетов Ж.С., Газаров А.Г. Насосная добыча высоковязкой нефти из наклонных и обводненных скважин. Под ред. М.Д. Валеева. М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2003.

11. П.Локтев А.В., Болгов И.Д., Пчелинцев Ю.В. Графическое определение мест истирания колонны штанг в наклонно направленных скважинах — Нефтегазовое дело, 1994, №2.

12. Пчелинцев Ю.В. Эксплуатация часто ремонтируемых наклонно направленных скважин —М.: ОАО "ВНИИОЭНГ", 2000.

13. Сароян А.Е. Трубы нефтяного сортамента. -М.: «Недра». 1976.

14. Газаров А.Г. Разработка методов снижения износа штангового насосного оборудования в наклонно направленных скважинах./Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук. — Уфа, 2004.

15. Круман Б.Б. Практика эксплуатации и исследования глубиннонасосных скважин.-М.:Недра, 1964.

16. Бирюков В.И., Виноградов В.Н., Мартиросян М.М., Михайлычев В.Н. Абразивное изнашивание газопромыслового оборудования. М.:Недра, 1977.

17. Гафаров Н.А., Гончаров А.А., Кушнаренко В.М. Коррозия и защита оборудования сероводородсодержащих нефтегазовых месторождений. М.: Недра, 1998.

18. Гоник А.А. Сероводородная коррозия и меры ее предупреждения. М.: Недра, 1966.

19. Мирзаджанзаде А.Х., Кузнецов О.Л., Басниев К.С., Алиев З.С. Основы технологии добычи газа. М.: Недра, 2003.

20. Тронов В.П. Механизм образования смоло-парафиновых отложений и борьба с ними. М.: Недра, 1970.

21. Тронов В.П. и др. Зависимость интенсивности запарафинивания материалов от их полярности. Новости нефтяной и газовой техники «Нефтепромысловое дело», №10, М.: Госнити, 1961.

22. Протасов В.Н. Полимерные покрытия нефтепромыслового оборудования. М.: Недра. 1994.

23. Протасов В.Н. Теория и практика применения полимерных покрытий в оборудовании и сооружениях нефтегазовой отрасли. -М.: Недра, 2007.

24. Галонский П.П. Борьба с парафином при добыче нефти. Теория и практика. М.: Гостоптехиздат, 1955.

25. Люшин С.Ф. Борьба с отложениями парафина при добыче нефти. М.: Гостоптехиздат, 1961.

26. Лайнер В.И., Дубинин Г.Н. Магнитные камеры для предотвращения осложнений в добыче нефти. Нижневартовск: НПП "Сибнефтехим", 1991.

27. Дытюк JI.T., Самакаев Р.Х. Эффективность применения гексаметафосфата натрия и аммофоса для борьбы с гипсоотложением в области повышенных температур. Нефтепромысловое дело. 1977, №6, с.58-60.

28. Дытюк Л.Т., Самакаев Г.Х. Ингибирование отложений минеральных солей в аппаратах подготовки нефти. — Нефтяное хозяйство. 1981,№10, с.54-57.

29. Протасов В.Н., Ивановский В.Н., Макаренко А.В. Еще раз к определению понятия «качество» и к вопросу «чем и как мы управляем», говоря об управлении качеством. Управление качеством в нефтегазовом комплексе. 2007 г., №2. с.7-10.

30. ГОСТ Р 52203-2004 «Трубы насосно-компрессорные и муфты к ним. Технические условия».

31. API 5СТ. Требования к обсадным и насосно-компрессорным трубам. Изд-е. восьмое. Американский нефтяной институт.

32. Протасов В.Н., Макаренко А.В. Недостатки нормативно-технической документации, определяющей качество насосно-компрессорных труб и предлагаемые технические требования, обусловливающие их требуемое качество. Территория НЕФТЕГАЗ, 2005г.№5. с.72-74.

33. Макаренко А.В. Обоснование преимуществ НКТ с полимерным покрытием и предлагаемые технические требования к этому покрытию. Сборник тезисов докладов международной научно-технической конференции

34. Качество колонн бурильных, обсадных и насосно-компрессорных труб, используемых в нефтегазовой отрасли. Состояние и перспективы. Москва, 2006, с.92-94.

35. Проскуркин Е.В., Горбунов Н.С., Диффузионные цинковые покрытия. -М.: Недра, 1972.

36. Проскуркин Е.В., Горбунов Н.С., Буздаков А.П. Исследование стойкости диффузионного цинкованного покрытия в нефтяных скважинах. — Нефтяное хозяйство. 1968, №6, с.52-55.

37. Бакалюк Я.Х., Проскуркин Е.В. Производство труб с металлическими покрытиями. М.: Металлургия. 1975.

38. Минкевич А.Н. Химико-термическая обработка металлов и сплавов. М. Машиностроение, 1965.

39. Кан А.Г. Износостойкость остеклованных насосно-компрессорных труб. М.:ВНИИОНГ. 1977.

40. Протасов В.Н., Степанянц В.Г. Применение эпоксидных покрытий для повышения долговечности насосно-компрессорных труб. — М.: ВНИИОЭНГ, 1977.

41. Матвеев И.И., Настай Н.Н. Перминова Е.К. Эпоксидные смолы и их применение. Д., 1967.

42. Петров Н.Г., Протасов В.Н., Макаренко А.В. Совершенствование нормативно-технической документации, определяющей качество покрытия нефтегазопроводных труб. Управление качеством в нефтегазовом комплекс. 2008 №3, с.20-21.

43. ГОСТ Р 51164-98. Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии.

44. ГОСТ 9.602-2005. Единая система защиты от коррозии и старения. Сооружения подземные. Общие требования к защите от коррозии.

45. ГОСТ Р 52568-2006. Трубы стальные с защитными наружными покрытиями для магистральных нефтегазопроводов. Технические условия.

46. DIM 30670 (ФРГ). Нанесение полиэтиленового покрытия на стальные трубы и соединительные части стальных труб.

47. DIN 30671 (ФРГ). Покрытие (наружная оболочка) стальных труб для укладки в грунт термореактивными пластмассами.

48. NFA 49710 (Франция). Стальные трубы. Наружное трехслойное покрытие на полиэтиленовой основе».

49. Технические требования ООО «ВНИИСТ» ОАО «АК «ТРАНСНЕФТЬ» на наружное антикоррозионное покрытие фасонных соединительных деталей и задвижек трубопроводов. ОТТ-04.00-27.22.00-КТН-006-1-03. М. 2005 г.

50. Протасов В.Н., Макаренко А.В. Управление качеством полимерного покрытия подземных нефтегазопроводов на стадии их проектирования. Управление качеством в нефтегазовом комплексе. 2004 г. №2.

51. Протасов В.Н., Макаренко А.В. Недостатки действующих стандартов на наружное противокоррозионное полимерное покрытие нефтегазопроводов. Лакокрасочные материалы и их применение. 2004г. № 12.

52. Защита от коррозии, старения, биоповреждений машин, оборудования, сооружений: Справочник/ Под ред. А.А. Герасименко. Т. 1,2. - М.: Машиностроение, 1987.

53. Водород в металлах. Т. 1,2. -М.: Мир,1981.

54. Крагельский И.В., Добычин М.И., Камбалов B.C. Основы расчетов на трение и износ. -М.: Машиностроение, 1984.

55. ГОСТ 9238-83. Габариты приближения строений и подвижного состава железных дорог колеи 1520 (1524) мм.

56. ГОСТ 10807-78. Знаки дорожные. Общие технические условия.

57. ГОСТ 12.1.004-91. Пожарная безопасность. Общие требования.

58. ГОСТ 10692-80. Трубы стальные, чугунные и соединительные части к ним. Приемка, маркировка, упаковка, транспортирование и хранение.

59. СНиП 12-03-2001. Безопасность труда в строительстве. Часть 1. Общие требования.

60. СНиП 12-04-2002. Безопасность труда в строительстве. Часть 1. Строительное производство.

61. ГОСТ 12.3.002-75. Процессы производственные. Общие требования безопасности.

62. ГОСТ 12.2.003-91. ССБТ. Оборудование производственное. Общие требования безопасности.

63. РД 39-136-95 «Инструкция по эксплуатации насосно-компрессорных труб».

64. ВРД 39-1.10-030-2001. Методика определения качества полимерных адгезионных внутренних покрытий после воздействия коррозионно-агрессивных сред методом автоклавного испытания.

65. ANSI/NASE ТМ0177-96 N21212. Методика проведения испытаний. Лабораторное испытание металлов на сопротивление сульфидному растрескиванию под напряжением и сульфидно-коррозионному растрескиванию под напряжением.

66. Богомолов А. И., Михайлов К. А. Гидравлика М.: Стройиздат, 1972;

67. ГОСТ 2789-73. Шероховатость поверхности. Параметры и характеристики.

68. ASTM D 3359. Определение адгезии липкой лентой.

69. ISO 2409. Краски и лаки. Испытание методом решетчатого надреза.

70. ГОСТ 9.407-84. Единая система защиты от коррозии и старения. Покрытия лакокрасочные. Метод оценки внешнего вида.

71. ISO 4624. Лаки и краски. Определение адгезии методом отрыва.

72. ГОСТ 25.502-79. Расчеты и испытания на прочность в машиностроении. Методы механических испытаний металлов. Методы испытаний на усталость.

73. ГОСТ 20811-75. Материалы лакокрасочные. Методы испытания покрытий на истирание.

74. ГОСТ 6456-82. Шкурка шлифовальная бумажная. Технические условия.

75. ГОСТ 12439-79. Ленты шлифовальные бесконечные и бобины шлифовальные. Размеры.

76. ASTM D 969. Лабораторное определение степени изнашивания дорожного покрытия.

77. ASTM D 1044 CS-10. Метод определения сопротивления изнашиванию абразивной поверхностью.

78. Степанянц В.Г. Исследование работоспособности эпоксидных покрытий насосно-компрессорных труб при глубиннонасосной добыче нефти. Диссертация, М.,1973.

79. Пат. РФ № 2284504, МПК G 01 N 19/04. Способ определения стойкости изоляционных полимерных покрытий к катодному отслаиванию и образец для его осуществления/ В.Н. Протасов, А.В. Макаренко. — Опубл. 27.09.2006, Бюл. № 27.

80. Протасов В.Н., Макаренко А.В. Метод прогнозирования срока службы полимерных покрытий нефтегазопроводов при катодной поляризации. Территория нефтегаз. 2006.№6. с.40-44.

81. Пат. РФ № 2293306, МПК G 01N3/40, G 01/N19. Способ определения сопротивления полимерного покрытия растрескиванию при деформировании металла под действием внешних нагрузок/ В.Н. Протасов, А.В. Макаренко. -Опубл. 10.02.2007, Бюл. № 4.

82. Протасов В.Н., Макаренко А.В. Метод определения сопротивления противокоррозионного покрытия растрескиванию при деформировании защищаемого металла. Территория нефтегаз. 2006, №3. с.28-34.

83. Макаренко А.В. Метод определения способности полимерного покрытия внутренней поверхности труб предотвращать образование значительных отложений смолопарафинов и минеральных солей. Управление качеством в нефтегазовом комплексе. 2008 г. №2. с.68.